EP1809447A2 - Parallel kinematic device - Google Patents

Parallel kinematic device

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EP1809447A2
EP1809447A2 EP05790667A EP05790667A EP1809447A2 EP 1809447 A2 EP1809447 A2 EP 1809447A2 EP 05790667 A EP05790667 A EP 05790667A EP 05790667 A EP05790667 A EP 05790667A EP 1809447 A2 EP1809447 A2 EP 1809447A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
movable platform
platform
point
parallel
kinematics
Prior art date
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EP05790667A
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German (de)
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EP1809447B1 (en
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Franz Ehrenleitner
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Ehrenleitner Franz
Original Assignee
Ehrenleitner Franz
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Publication date
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Priority claimed from AT16942004A external-priority patent/AT502426B1/en
Priority claimed from AT17022004A external-priority patent/AT502980B1/en
Priority claimed from AT7012005A external-priority patent/AT503730A3/en
Priority to EP08021275A priority Critical patent/EP2055448B1/en
Priority to EP08021274A priority patent/EP2055447B1/en
Application filed by Ehrenleitner Franz filed Critical Ehrenleitner Franz
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Publication of EP1809447A2 publication Critical patent/EP1809447A2/en
Publication of EP1809447B1 publication Critical patent/EP1809447B1/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/62Constructional features or details
    • B66C23/82Luffing gear
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00Joints
    • B25J17/02Wrist joints
    • B25J17/0258Two-dimensional joints
    • B25J17/0266Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0072Programme-controlled manipulators having parallel kinematics of the hybrid type, i.e. having different kinematics chains
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/08Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for depositing loads in desired attitudes or positions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66FHOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F7/00Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts
    • B66F7/06Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts with platforms supported by levers for vertical movement
    • B66F7/0633Mechanical arrangements not covered by the following subgroups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66FHOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F7/00Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts
    • B66F7/06Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts with platforms supported by levers for vertical movement
    • B66F7/08Lifting frames, e.g. for lifting vehicles; Platform lifts with platforms supported by levers for vertical movement hydraulically or pneumatically operated

Definitions

  • the invention relates to mechanical paralleMnematic devices comprising at least two fixed components movable along several degrees of freedom, a fixed platform and a movable platform, such as lifting tables, Hän ⁇ webs, lifting robots, articulated robots, excavators, milling, cranes, cutting devices, measuring devices, handling robots , Etc..
  • the computational effort is particularly driven by the fact that there are no closed solutions for the control and therefore it must be calculated iteratively.
  • Such a branch can lead to the actuators (actuator, usually rods, if appropriate also ropes or the like) whose length is variable or whose base, that is the articulation point on the fixed platform, being movable, but from the US Pat 5,966,991 A is also a rotary parallel kinematic known) are operated incorrectly and it comes to the collision of bars.
  • the DE 102 57 108 A which is based on the applicant, relates to a trolley with a support frame for a car body od.dergl., Where the connection between the running cat and the support frame via two zigzag arranged frame, which about two horizontal axes parallel to each other are pivotable.
  • the position of the lower axis to the trolley and on the other hand, the position of the support frame with respect to this axis determined. If one interprets this arrangement as Parallel ⁇ kinematics with two degrees of freedom, so it represents a highly interesting hybrid system of rope kinematics and rotational parallel kinematics, but has no connection with a parallel kinematics with variable-length actuators.
  • EP 1 106 563 A discloses a cable kinematics with at least one stabilizing cable running obliquely to the vertical tethers.
  • the points of articulation of the cables are selected according to constructive criteria: space requirements of the rollers, reels and motors, etc. and not according to kinematic principles.
  • DE 101 00 377 A which also relates to the Applicant, relates to a submersible robot for painting systems of vehicle bodies.
  • This diving robot is designed in the form of a four-bar linkage, where the carriage on the base and on to be painted
  • the coupling is formed, the two cranks have the same length, so that it is possible to move the four-bar linkage in the manner of a Gelenkparallelogramms. Added to this is that on one of the two cranks, this is disclosed for the rear viewed in the direction of travel crank, the end in turn is freely rotatable relative to the rest of the crank, whereby various inclinations of the body are made possible.
  • DE 101 03 837 A which is likewise based on the Applicant, relates, like the afore-mentioned document, to a painting device for vehicle bodies and an exclusively plane kinematics.
  • a painting device for vehicle bodies and an exclusively plane kinematics.
  • the type of pivoting of the vehicle center of gravity around the transporting carriage in conjunction with the rotation of the vehicle about a transverse axis is to be regarded.
  • WO 03/004223 A the content of which is hereby incorporated by reference into the content of this application, is an extensive pamphlet which relates to a quite astonishing device, namely a centrally symmetric, parallel rod kinematics which is actuated by a base point displacement.
  • the illustrated embodiment has a rotating mechanism for a tool platform on the movable platform, this serially formed rotating mechanism is actuated by a rotary rod and a motor via a corresponding clutch.
  • the structure of this device is as follows: On the fixed platform centrally symmetrical six vertical rails for the displacement of the foot points are provided. Three bars are longer, three shorter, the shorter ones engage a "lower" area of the movable platform and are offset by 60 ° with respect to the longer bars.
  • WO 03/059581 A relates to an original kinematics which operates on the basis of the base point shift, wherein different force corners or shears are provided. Under a force corner are two attacking at a common point rods or actuators to understand under power scissors or short scissors, a force with at least one actuator. In this document, the force corner or scissors but their double joint not on the movable platform, but on actuators that cause the mecanic Vietnameseverschiebung. These actuators operate essentially rotationally, so that ultimately a serial element is introduced into the kinematics by the special design of the bonyakverschiebung. This is also apparent from a comparison of FIGS. 2 and 3, since FIG. 3 shows the base shift in almost perfect analogy to WO 03/004223 A discussed above.
  • Parallel kinematics takes a position that corresponds to a so-called singularity, from which it can not be solved by itself. Also the big relative
  • the individual parts of the parallel kinematics have only a low mechanical complexity and that in many cases for all or at least one
  • the plurality of degrees of freedom identical components can be used gron ⁇ NEN, so that the structure of the parallel kinematics in itself is simple and inexpensive.
  • EP 1 095 549 B corresponding to DE 199 51 840 A: It relates to a three-point hitch for a towing vehicle which can be moved by means of six adjustable in length bars in six degrees of freedom with respect to the towing vehicle.
  • the towing vehicle corresponds to the fixed platform and the hitch of the mobile platform.
  • FIG. 94 A particular type of kinematics that does not fall under the parallel kinematic but is to be cited for its further development is known in the art, illustrated in FIG. 94 of the present specification and will be discussed in more detail below: It is a robot with a On this fixed platform, pivotable about a horizontal axis by means of a motor, a substantially pivotable between vertical position and almost horizontal position support arm is arranged at the free end of a tool holder to one of said horizontal In the case of conventional robots of this design, for example by KUKA, a servomotor is provided between the arm and the tool holder, which determines the angular position. In a similar known robot from ABB, explained in more detail in the present description with reference to FIG.
  • the servomotor is arranged at the lower end of the arm to avoid the arrangement of the weight of the servomotor on the moving tool holder and actuated via a radial stub an actuating arm which is parallel extends to the support arm and hinged at a suitable point of the tool holder.
  • the actuator arm and the support arm could be considered as rods and the tool holder as a movable platform, but the movement and positioning by pure torque load of the rods (then the actual load as pressure or bending load) is achieved, so here despite the bars and the nature of their arrangement, there is a rotary parallel kinematic (if any parallel kinematic) similar to that described in the above-referenced US 5,966,991A.
  • this is achieved by the fact that in the kinematic chain, at least at one point, three bars act or end directly or indirectly at one point, a so-called triple point or pseudo-triple point.
  • the linear degrees of freedom are defined, the mathematical solution of the control is closed, thereby substantially, compared to the open solutions according to the prior art, usually by a factor of one thousand, simplified, and is for example on the trigonometric Darstell ⁇ bar.
  • the motion sequence of the kinematic chains also becomes much clearer, and the questions of the collision of the individual components and the occurrence of singularities can be assessed without complex analyzes.
  • an advantageous development of the invention is to use a so-called over-defined or over-determined kinematics.
  • the movable platform which is often favorable, can be lighter and thus less rigid, because it is stabilized by overdetermined fixation and because, at least to some extent, this is necessary tolerances to compensate for the overdetermined guidance and thus to prevent damage to the bearings or the actuators (drives, transmissions and executive bodies in their entirety).
  • a further advantageous variant of the invention which does not conflict with the above, is to "save" by means of bearings for individual rods that do not allow all-round movement (universal joint instead of spherical bearing), and to accept bending stresses for this purpose.
  • This additional mechanical stress is easy to master in many fields of application in which no large forces occur, for example in the guidance of a laser head for cutting material, and reduces the effort and space required once more.
  • a further embodiment of the invention is to arrange and select the other three necessary bars according to the specific system requirements after the determination of the three converging in a triple point rods. It is particularly favorable here to provide a further pair of pointers or force (two rods that attack at one point) and a single rod. Thus, the mathematical effort necessary for the control of the movement reduces dramatically again and in mechanical terms, such an arrangement allows the use of synchronizing elements, guides, etc ..
  • one or more rods and / or actuators can be replaced by traction means such as ropes, chains, belts, etc., this does not change the invention itself. It also does not matter in many applications, whether single or multiple actuators are used as variable-length rods or rods of constant length, but with crizosebung (rare head shift, because of the increasing mathematical effort). The expert in the field of parallel kinematics, knowing the invention, can easily make the appropriate choice make in the description and claims will therefore not be discussed in more detail.
  • FIG. 8 shows a triple point
  • FIG. 9 shows an enlarged view of a detail of the triple point of FIG. 8
  • FIG. 10 shows a variant of a pseudo-triplet point in a view corresponding to the view of FIG. 8,
  • FIG. 11 a detail of FIG. 10,
  • FIG. 12-24 variants of lift tables according to the invention FIG. 25-32 variants of a monorail according to the invention
  • FIGS. 33-38 a first variant of a lifting robot
  • Figs. 39-42 a second variant of a lifting robot
  • Fig. 43-49 a kinematics with articulated arm in a first operating mode
  • Fig. 54-64 a first development of kinematics with articulated arm
  • Figs. 65-68 a second development of kinematics with articulated arm
  • Figs. 69-71 a third development of kinematics with articulated
  • Figs. 72-79 a first variant of a two-stage Kinematic with a bent arm
  • Figs. 80-90 a second variant of a two-stage kinematics with articulated arm
  • Fig. 91 a first variant with a specially designed movable platform
  • Fig. 92 shows a second variant with a specially designed movable platform
  • FIGS. 96-97 a first robot according to the invention
  • FIGS. 98-99 a first embodiment of the first robot
  • FIG. 100 a second embodiment of the first robot
  • Fig. 101 shows a combination of the two embodiments
  • Fig. 102-105 a first variant of a second robot
  • Fig. 106-108 a second variant of the second robot
  • Fig. 109-112 a particularly torsionally stiff kinematics
  • 113-117 a first embodiment of the torsionally rigid kinematics
  • Figs. 118-122 a second embodiment of torsionally stiff kinematics
  • Figs. 123-127 a combination of the two latter embodiments
  • Figs. 128-132 a first embodiment of a particular torsionally stiff kinematics
  • Figs. 133-137 a development of the latter embodiment.
  • Fig. 1 is a purely schematic representation of an inventive parallel kinematics is shown, which is designated in its entirety by 1. As explained at the beginning of the description, such a kinematics connects a fixed platform 2 with a movable one
  • Platform 3 wherein, in contrast to the serial kinematics, no intermediate platforms are provided.
  • the term "fixed platform” does not necessarily mean that it rests in an inertial system, it is only distinguished by this designation, from which platform the movement takes place within the considered system.
  • a parallel kinematic 1 is shown, in which a fixed platform 2 is connected by means of six bars Sl to S6 with a movable platform 3.
  • This parallel kinematics 1 has a so-called triple point P3, it is provided on the movable platform 3.
  • a structure is created from the rods S1, S2 and S5 articulated there, which is referred to as a "pointer pair” or "force corner” and has an additional rod. De facto be in this Point actually three pointer pairs formed, namely in each case the combination S1-S2, S1-S5 and S2-S5.
  • a further pair of pointers is provided, which is formed by the rods S3 and S4, both at the point P2, which, like the point P3, is arranged on the movable platform 3.
  • Another colon, P2 ' is formed on the fixed platform 2 by the bars S4 and S5.
  • Fig. 3 shows a further embodiment in the direction as it was made between the Fig. 1 and Fig. 2.
  • unbundling of the colons P2 is also performed in a completely analogous manner for unbundling the triple point P3, which in the variant of FIG. 2 has become a colon P2 and an alternative point A.
  • the colon P2 'of the rods S4 and S5 was unbundled at the fixed platform 2, on the resulting mathematical problems has already been noted above.
  • this construction consists only of the usual attachment points, which in themselves bear no reference numerals, and the alternative points A.
  • the variant of FIG. 4 is completely equivalent to the variant of FIG. 3, but more advantageous from the mathematical point of view, since the bar S5 also has a fixed base on the fixed platform 2 and therefore mathematically easier to describe than in a movable base according to FIG. 3.
  • the attachment point of the rod S5 on the fixed platform 2 is not moved as in Fig. 3 on the rod S4, but as a separate attachment point in the immediate vicinity the attachment point of the rod S4.
  • FIG. 1 An embodiment in which the above-mentioned redundancy of the system is used is shown in FIG.
  • a collapse can be prevented, which is of eminent importance especially in conveyor technology, further allows, indeed requires, this overestimation that the movable platform 3 is not stiffer than the tolerances of allow individual kinematic elements without the entire rigidity suffers.
  • the original representation with triple points and twofold points is again reduced to, without being limited to, since, of course, pseudo-double points and pseudo-triplet points with the stated advantages can also be used here. It is essential that the rod S6 has been replaced by two rods S6 'whose length change must be synchronized so that they together simulate the one degree of freedom of the original S6.
  • Fig. 6 shows a similar situation as Fig. 1, except that the movable platform 3 'is formed much smaller than the fixed platform 2, whereby the position of the individual rods naturally also changes.
  • the individual platforms do not have to be quadrangular and not even even, as can be seen from FIG.
  • Fig. 7 shows a general perspective view of a way to create by a combination variable-length rods, indicated as hydraulic cylinder-piston units A with rods of constant length S, using the principles of the invention a parallel kinematics according to the invention, in which the calculation of the equations of motion is significantly reduced compared to the prior art. Moreover, with this kinematics design, it is possible to rotate the movable platform 3 by 360 ° and above with respect to the fixed platform 2 (sum of all foot points), which is usually not possible.
  • FIGS. 8 and 9 a triple point P3 designed according to the invention for a more detailed explanation of this component essential to the invention is shown in a structural design.
  • the three converging rods Sl, S2, S5, selected analogously to FIG. 1, are coupled together in the following way, which can be seen more clearly from FIG. 9:
  • the rods Sl and S2 which, as explained above, form a so-called pointer pair or force corner with the pointer axis Al 2, engage, pivotable about this pointer axis, on both sides of a hollow sphere 4.
  • the rod S5 engages via a bracket 5 on the ball 4 on a to the axis Al 2 normally arranged and they intersecting axis A5.
  • intersection of the axes Al 2 and A5 is located in the center of the hollow sphere 4 and thus also in the center of the spherical part of a spherically rotatably mounted pin 6 in the hollow sphere 4, which is firmly connected to the movable platform 3 (not shown) and thus attributable to it ,
  • the bracket 5 is rotatably mounted about the axis of the rod S5 and the corresponding bracket of the rods Sl and S2 are rotatably mounted about the axes of these rods (this can be omitted only in very special arrangement cases) to avoid tension.
  • FIGS. 10 and 11 which in their views essentially correspond to those of FIGS. 8 and 9, represent a solution according to the invention of this problem, which, as already mentioned, fully benefits from the advantages of the formation of triple points Disadvantages but completely avoids.
  • the rod S 5 does not engage directly at the triple point, but in its region, at a small distance from it, at one of the other two rods ending at the triple point, in the example shown on the rod Sl.
  • this alternative point of attack A is located on that of the two available rods, which is mechanically less loaded.
  • the invention makes it possible to arrange most of the connecting elements so symmetrically that they transmit the forces occurring in the best possible way and that the main movement is particularly preferably effected and controlled.
  • the calculation of the motion sequences can be further simplified and thereby accelerated.
  • For stabilization in directions normal to the plane of symmetry then usually only a single, therefore not symmetrical trained rod, actuator or tension element is sufficient.
  • Fig. 12 illustrates a fiction, designed according to stroke table, which is based on a parallelogram.
  • FIG. 12 which shows a perspective view of the lifting table, which is designated as a whole by 11, a base platform 2 (in the description for the sake of easier comparability of the figures, kinematic parts are always given the same reference number). and a movable platform 3 together with the framework that connects these two platforms.
  • two parallelograms on the one hand by the rods Si l and S12, on the other hand formed by the rods S13 and S14.
  • the term parallelogram is used here in a general sense, because strictly speaking, these rods are only parallel to each other when the movable platform 3 assumes such a position that its longitudinal center plane and the longitudinal center plane of the fixed platform 2 coincide.
  • the drive for the movable platform 3, thus the lifting drive is formed by two variable in length rods Sl 5 and S16 (actuators). These rods engage on the fixed platform 2 at a height which corresponds substantially to the height of the corresponding point of application of the rods Si 1 and S 14, but to the movable platform 3 a height that corresponds to the local attack points of the rods S 12, S13. In this way, so-called force corner are formed, which correspond to the pointer pairs of the invention in the main direction of movement of the lifting table 11.
  • the transverse forces are absorbed by an obliquely extending rod S17, which lies with a point of articulation on the movable platform 3 in the region of the articulation points of the pointer pair and thus forms a pseudo-triple point P3 '.
  • FIG. 13 and 14 show in a side view the situation at different elevations of the movable platform 3, Figs. 15-17 the possibility of tilting the movable platform 3 with respect to the fixed platform 2 in a side view, an end view and a plan view.
  • This possibility for tilting the movable platform which in practice corresponds to the lifting table, can be practical, for example when transporting piece goods.
  • By doubling the individual elements, a parallel lifting of the movable platform is ensured during synchronization of the drives.
  • the movable platform does not move vertically upwards relative to the fixed platform, as in the case of classic lifting tables, but executes a circular arc movement, which is hardly disadvantageous and in many cases advantageous.
  • the oblique bar Sl 7 can in the illustrated variant, in which its Ansch ⁇ point on the fixed platform 2 (foot F 17) on the straight line g2, by the bearings Fl 2 and Fl 3 of the inactive bars Sl 2 and S. 13 does not work and as long as its length yet its base (equivalent) can be changed to be considered inactive and does not occur in the mathematical model.
  • FIG. 18 to 22 show a variant 21 of a lifting table according to the invention with purely vertical movement of the two platforms to each other
  • Fig. 23 shows a variant in a view similar to that of Fig. 22.
  • Fig. 18 is a perspective view of a erfindungs ⁇ contemporary Variant shown in which, in contrast to the lifting table according to FIGS. 12 to 17, the movable platform 3 moves perpendicular to the fixed platform 2.
  • the kinematics according to the invention consists here of three pairs of pointers, one of the two rods having a variable length and thus being designed as an actuator, an obliquely extending rod which is analogous to the rod S 17, which also applies there here, and to make this analogy clear, he was given the designation S27.
  • the device is constructed as follows:
  • the foot points of the bars are of constant length respectively offset below the foot points of the actuators and slightly laterally to them.
  • the rods of the kinematics according to the invention engage with transverse shafts 24, 25, the pointer pairs 22, 22 'engaging the transverse shaft 24, the pointer pair 23 acting on the transverse shaft 25.
  • These transverse shafts 24, 25 carry at their outer ends rollers 26 which run in corresponding rails (not shown) of the movable platform 3.
  • the guide arms Fl, F2 are articulated to the legs of constant length of the pointer pairs 22, 22 ', the length from the bases of these bars up to the articulation points 27, 28 is equal to the length of the guide arms Fl, F2, between these articulation points 27, 28 and their pivot points on the movable platform.
  • the variant of FIG. 23 differs from the variant according to FIGS. 18 to 22 only in that the end points of the actuators and the passive rods actually end “mathematically accurately” in colons P2 or a triple point P3 These points were not shown in detail, the optically "intim ⁇ running" bars may not be understood as a unit or even rigid unit! In the pairs of pointers 22, 22 ', the rods which overlap one another in this view have been slightly obliquely articulated for clarification purposes, this is easily possible, but so is the arrangement which is completely aligned in the vertical direction.
  • FIG. 24 shows an embodiment 31 of a lifting table which appears "classic" in its optics: a scissor mechanism designated in its entirety by 32 takes care of guiding the movable platform 3, which is not shown for reasons of clarity, but only through the free ends of the scissors mechanism 32, 33, the actuators S31 and S32 and the cross bar S37 is indicated.
  • the respective legs 31, 32 of the scissors mechanism with the associated rods S31 and S32 form a pair of pointers and provide the main movement of the two platforms relative to each other.
  • transverse forces are derived via an oblique rod, here S37, which also forms the triple point on the movable platform 3.
  • Overhead conveyors are kinematically closely related to lifting tables, whereby the reversal of the usual situation in the lifting tables and most other kinematics, the fixed platform 2, the hanging frame, in the gravitational field of the earth above the movable platform 3, the component carrier, is arranged, so usually train - And compressive forces in the individual components are reversed. Since rods are used as actuators and variously in passive form for guidance or support, in particular in the case of conventional parallel kinematics, in the case of monorail conveyors, this can often be achieved by ropes in an elegant and space-saving manner. Three variants are discussed in more detail below:
  • FIGS. 25 to 27 show an elegant design based essentially on cables, in which the constant specification of the force of gravity makes the double points without constructive adaptation triple points.
  • the fixed platform 2 hangs by means of rollers 44 on a web, not shown, and moves along this path by means of a drive, not shown, either autonomously or as a function of common motion means common to all platforms; Despite this movement, which lies outside the kinematics, it remains the firm platform in the sense of the invention.
  • the fixed platform 2 is connected to the movable platform 3, which carries a body 45 in the illustrated embodiment, by means of four cables 42. These cables are individually raised or lowered in the illustrated embodiment by motors 43 via winches.
  • the position stability is effected by three actuators, wherein the actuators S41 and S41 'in the illustrated, as "normal” to be designated position of the two platforms 2, 3 parallel to each other and a Queraktuator S47, which runs in this case in the longitudinal center plane of the device, and derived in this plane forces derives.
  • Fig. 26 shows a rear view of the device according to the invention and Fig. 27 is a view similar to that of Fig. 26, but with a reduced distance between the fixed platform 2 and the movable platform 3 and slightly inclined position of the two platforms to each other. This can be achieved by corresponding actuation of the drives 43, thus different free cable lengths 42 and appropriate choice of the length of the actuator S41 or S41 '.
  • the simplifications of the calculation of the equations of motion mentioned above are guaranteed and can be used.
  • Figs. 28-31 show a monorail, the kinematics of which essentially represents a reversal of the kinematics of the lifting table according to Figs. 12-16.
  • the passive bars S51, S52 on one side (in the figure front) and the passive bars S53, S54 on the other (rear side) form a parallelogram, at least in the symmetrical position of the two platforms and neglecting different distances the head points or foot points to the longitudinal center plane.
  • the transverse bar or diagonal bar S57 with the pointer pair (S52, S55). to which it is associated forms a very acute angle at the triple point P3 and therefore, in order to be able to reliably absorb the transverse forces that occur, it must be of a correspondingly solid design.
  • FIGS. 29-31 The possibilities of movement of the device 51 are further apparent from FIGS. 29-31. It should be noted in particular here that by the possibility of moving the fixed platform 2 along the path (not shown) by means of the carrying rollers 54, a vertical lowering or lifting of the movable platform 3 is possible (as opposed to a stationary coordinate system) since the term "fixed platform” is to be regarded only as a statement of determination within the scope of the invention, but leaves open whether and how this fixed platform moves in relation to an inertial system.
  • FIGS. 30 and 31 show the possibility of tilting the movable frame 3 relative to the fixed frame 2, with particular reference to the fact that here in FIG. 30 (as in FIG. 29 also) the obliquely extending rod S57, the the transverse forces absorbs, is optically covered, in Fig. 31 but it is easy to see.
  • FIG. 32 shows a monorail with three degrees of freedom, by comparison with the view of FIG. 28 or 30 it can be seen that by replacing two passive rods S51, S54 of the four-bar linkages by actuators S61, S64, a further rotation relative to that there shown device is possible. Since otherwise no change was made, it is dispensed with a more detailed explanation of the kinematics.
  • the invention is not limited to the illustrated and illustrated embodiments, but may be variously modified and adapted to the task areas ange ⁇ . It should be pointed out in particular that the provision "parallel" for passive rods, actuators, cables etc., depending on the embodiments described, does not have to apply to all the layers of the platforms 2, 3 strictly to one another, in particular FIG. 15, 16, 27, 30, 31. This always refers to the position of the elements in a "basic position" of the platforms to each other, and also the points of articulation of the rods, actuators, cables can be offset to each other so that the property of "parallelism "only grosso modo is fulfilled.
  • FIG. 33-38 show a mobile lifting robot, as used, for example, in painting or galvanizing or in other surface treatments of large-format and correspondingly massive articles, in particular vehicle bodies.
  • Such devices are, as already mentioned in the introduction, for example, from DE 101 00 377 A, DE 101 03 837 A and DE 102 57 108 A known.
  • the devices disclosed there use serial kinematics or a hinge mechanism and have the disadvantages mentioned at the outset.
  • FIGS. 33-38 now show an embodiment of a parallel kinematics according to the invention which achieves these goals and thus avoids the mentioned disadvantages:
  • FIG. 33 shows a fixed platform 2 which can be moved on rollers (the possibility of the fixed platform itself being moved on above has already been discussed in detail above) and a movable platform connected to this fixed platform 2 by means of the kinematics according to the invention 3, which serves as a slide and in the illustrated embodiment with a body 14, which is indicated purely schematically verbun ⁇ is the.
  • the Gelenkvier ⁇ corners 15, 16, each formed of actuators, is a diagonally extending passive rod S 15, Sl 6, by which the four-bar linkage in two triangles, so-called pointer pairs or force corner, is decomposed, with the proviso that each passive rod S 15, S16 two pairs of pointers associated.
  • the four-bar linkages need not lie in a mathematical sense in a plane, it may be the base points or points of the participating rods also just offset from each other, but it is essential that in the technical sense and compared to the size of the pointer pairs the "thickness" of such It is not only for this embodiment but for the practical implementation of the invention in general Inclinations between the platforms 2, 3 (Fig. 38) formed by rods "levels" in the mathematical sense are no longer present.
  • the movable platform 3 has in the example shown, the special feature that the four-bar linkages 15, 16 at locations with different angular position on the movable
  • Attack platform 3 similar to what is indicated in general position in Fig. 7. This means that the lever 13 of the movable platform 3 visible in FIG. 12 does not run parallel to its counterpart located behind the body and therefore not visible, but encloses an angle, preferably of greater than 45 ° (in the projection). This makes it possible to "spin" the movable platform 3 and thus the body 14 mounted thereon, provided that only the ends of the body 14 do not abut the crossbeam of the fixed platform 2 or the tub, the ceiling of the hall, etc.
  • FIG. 34 shows the situation with the movable platform 3 raised and rotated about 90 ° about the transverse axis
  • FIG. 35 shows the further lifting of the platform 3 with an unchanged angular position beyond the fixed platform 2
  • FIG. turning back of the movable platform 3 and Fig. 37 in a side view with respect to the fixed
  • Fig. 38 which shows a view of the position of FIG. 37 approximately in the direction of the arrow XXXVIII, clearly demonstrates the different angular position of the sections 13, 18 of the movable platform 3 to each other and their inclination relative to the fixed platform 2.
  • FIGS. 39-42 show a further flexible variant, in which the passive bars extending diagonally within the four-bar linkages in the previous example are also constructed as acutators Al 5 and Al 6 and thus further degrees of freedom, now all six, and, with the method of the fixed platform 2, however, not belonging to the invention along its career, even seven degrees of freedom are accessible.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments.
  • the illustrated kinematics can also be used in a stationary manner; in that case, the fixed platform 2 is a fixed or rotatable platform.
  • the fixed platform 2 is a fixed or rotatable platform.
  • Such a configuration of the invention can be used, for example, for transferring workpieces at the end of a production line must have only the movable platform 3 matching gripping organs or holding organs.
  • the legs 13, 18 of the movable platform 3 need not include the angle shown with each other, the bases of the bars on the fixed platform 2 need not have the illustrated aligned or symmetrical arrangement, it is essential that a triple point, be it a real or a pseudo-triple point is formed, which preferably takes place on the movable platform 3, since then the profits in the Rechen ⁇ work for the movement of the movable platform relative to the fixed platform in comparison with the prior art are the largest.
  • FIGS. 43 to 49 show a first variant of an articulated arm, as it can be used, for example, for a robot or a special lifting arrangement, for example a crane, etc.
  • the basic idea in the realization of the articulated arm, in addition to the use of triple points or pseudo-triple points, is above all to avoid the previous disadvantages of mechanical systems based on parallel kinematics by a serial combination of two parallel kinematic devices.
  • FIGS. 43 to 49 A first variant of such an articulated arm is shown in FIGS. 43 to 49, which can grasp, hold, process, guide, lift, etc. on its movable platform a tool, a lifting device, a gripping device, a workpiece, etc.
  • FIG. 43 shows a plan view of an articulated arm 101 according to the invention, consisting essentially of a fixed platform 102, a first parallel kinematics 105, an intermediate platform 104, a second parallel kinematics 106 and a movable platform 103.
  • the fixed platform 102 can in fact be firmly anchored, for example in the foundations of a workshop or on a machine tool, it can, when the articulated arm is used as a crane, move the fixed platform 102 along rails or at least rotatably mounted about its vertical center axis, it can, when the articulated arm 101 serves as a guide for an excavator bucket, the fixed platform 102 may be connected to a carrying device of a vehicle and the like. more.
  • the first parallel kinematics 105 consists in the illustrated embodiment of two pairs of pointers or force corners 107, 108, each consisting of an actuator and a passive rod and forming at the intermediate platform 104 colons. At one of these colons is formed by a cross bar 109 a triple point 110, whereby all the advantages that have been explained in detail in the introduction of the description, are achieved.
  • first parallel kinematics 105 moves the intermediate platform 104 as it has been explained with reference to FIGS. 1 to 11.
  • this intermediate platform 104 is used as a fixed platform for a second parallel kinematics 106, which has a similar structure to the first parallel kinematics 105, but is designed to be simpler, namely with only one actuator 122.
  • a triple point or pseudo-triple point 120 is provided on the movable platform 103, so that this parallel kinematic is also designed according to the invention and all the advantages that can be achieved with it are obtained.
  • the computational complexity of such cascaded systems each of which alone is only iteratively to solve, would be absolutely unmanageable.
  • the second parallel kinematics 106 basically consists of a type of extension of the intermediate platform 104 and, as long as the activator 122 is not actuated, simply forms part of this intermediate platform 104 which, together with the movable platform 103, then constitutes an "exotic movable platform" of the first parallel kinematic device 105.
  • FIG. 44 shows a side view of the articulated arm in the position of FIG.
  • FIG. 43, and FIG. 45 shows a frontal view in this position.
  • Fig. 46 shows a perspective view
  • Figs. 47, 48 and 49 show views in other positions, wherein variously (Fig. 47) and the transverse bar 119 of the second parallel kinematic 106, which together with a pair of pointers the triple point 120 of the second parallel kinematic 106 forms, is clearly visible.
  • FIGS. 43 to 49 show positions of the articulated arm which can be achieved when the two pairs of pointers 107, 108 are moved synchronously. With this type of movement, as is apparent in particular from FIG. 47, it is possible to orient the movable platform 103 normal to the ground.
  • FIGS. 50 to 53 now show movements in which the two pairs of pointers 107, 108 are not operated synchronously but independently of one another and it can be seen from this sequence of illustrations that an additional mobility of the movable platform 103 is then obtained, but that for the price is payable that the movable platform 103 is no longer normal or parallel to the ground, including here the level is understood, in which the bases of the links (rods, actuators) of the first parallel kinematics 105 are arranged is achieved. In the following it will be explained how according to the invention such an orientation becomes possible even under such conditions.
  • Fig. 50 a plan view of an inventive articulated arm according to that of Figs. 43 to 49 it can be seen that the pair of pointers 107 and the pair of pointers 108 are no longer symmetrical to each other (asynchronous operation of the pointer pairs), ie the actuator of the pair of pointers 107 is longer as the actuator of the pointer pair 108, whereby a rotation of the intermediate platform 104 and thus the entire second kinematics 106th is effected.
  • this oblique position and the greater range achieved thereby in many cases entail that, as indicated above, the movable platform 103 is no longer in a plane normal or parallel to the plane of the fixed platform 102 due to inclination of the intermediate platform 104 can be brought. This can be seen in particular in cohesion with FIGS. 51 to 53.
  • FIGS. 54 to 64 show a second variant 201 of an articulated arm, which differs from the first variant 101 only in that the pointer pair 208 (of the arrangement according to the pointer pair 108 of the first embodiment) consists of two actuators while the pointer pair (power connector) 108 of the first variant 101 consisted of an actuator and a passive rod.
  • the pointer pair 208 of the arrangement according to the pointer pair 108 of the first embodiment
  • the pointer pair (power connector) 108 of the first variant 101 consisted of an actuator and a passive rod.
  • FIG. 65 shows a perspective view of an articulated arm 301, which in principle has a similar structure to the articulated arms 101 and 201.
  • all three stacks leading to the triple point 310 are designed as actuators, by the pair of pointers 307 ( Figure 67) one rod is an actuator, the other a passive rod.
  • the transverse rod 309 is also an actuator and acts on the triple point 310.
  • Connecting elements of the first parallel kinematics 305 runs. Such an arrangement is in cutting or stapling machines, in flat surface testing devices
  • Working radius of this device pointed, in particular, when the fixed platform 302 is rotatable about its vertical axis and / or formed along a straight or circular path movable.
  • FIGS. 69 to 71 show a particular embodiment of a knuckle arm according to the invention, which is particularly advantageous in applications in which rapid and accurate positioning of a tool is desired.
  • This can be, for example, a laser cutting device, a water jet cutting device, a surveillance camera or something similar.
  • the device consists of a first kinematics 405, which is constructed as the first kinematics 105 explained with reference to the first example.
  • a second kinematics which is designed similar to the second kinematics 206 or 306, is attached to the intermediate platform 404 only the actuator 222 or the passive rod occupying its position (without reference number) is missing.
  • the movable platform 403 thus degenerates to an axis or shaft 421 analogous to the axis 221 (FIG. 59), and a working platform 431 is seated on this axis, gimballed. This working platform 431 is provided with a symbolic tool in the exemplary embodiment shown.
  • the parallelogram guide 430 is rotatably mounted on the fixed platform 402 about a vertical axis and consists of two juxtaposed, a common side having parallelograms, so that the holder on the gimbal always runs parallel to the suspension on the fixed platform 402. Due to the possibility of rotation about the vertical axis on the fixed platform 402, the parallelogram 430 is always tracked to the movements of the movable platform 403 degenerated to the shaft 421.
  • 406 parallelogram guide 430 in plan view closes the triangle formed by the two kinematics, so that a spatially very unusual position results.
  • FIGS. 72 to 79 A further flexible embodiment of the basic idea of the invention is shown in FIGS. 72 to 79.
  • a first parallel kinematics 505 is provided, which is constructed in the same way as the first parallel kinematics 105 in the first exemplary embodiment and therefore will not be explained again here, but the second parallel kinematics 506 is complex and will be explained in more detail below ,
  • the positioning of this tool carrier on and around the shaft 503 is effected by means of two actuators 532 and 533.
  • the actuator 532 acts on the extension of one of the gimbal axes, the actuator 533 on one of the Karnan suspension protruding lever.
  • This actuator 533 is also articulated on a lever 533 'fixedly connected to the intermediate platform 504.
  • Fig. 77 shows in plan view, as well as in strongly remote and remote positioning of beweg ⁇ union platform 503 the tool suspension 531 so led can be that the tool protrudes at a right angle from the movable platform 503.
  • Fig. 78 shows a side view.
  • FIGS. 80 to 90 show a sixth variant of an articulated arm with a particularly flexible second kinematics part 606.
  • the basic structure is as follows:
  • the first parallel kinematics 605 is constructed as in the previous example and therefore needs no further mention.
  • the intermediate platform 604 is changed in the variant shown in these figures compared to the previously illustrated embodiments, it has a support plate 635, the task and effect is explained below.
  • the beweg ⁇ Liche platform 603 has in this embodiment, without limiting the generality also plate shape and serves as a tool carrier.
  • the second parallel kinematics 606 in this embodiment consists of three passive rods 641, 642 and 643 and three actuators 632, 633 and 635.
  • the reference numerals for these six connecting elements of the parallel kinematics 606 are entered in the individual figures only in accordance with their visibility, to the pure The schematic manner of representing the bars in the region of the colons, triple points and pseudo-triple points is again referred to.
  • the three passive rods 641, 642 and 643 form on the movable platform 603, in the illustrated embodiment in the center of the substantially circular
  • Tool carrier disc a triple point
  • the actuators 632 and 633 a pair of pointers with a colon on the periphery of the movable platform 603.
  • the actuator 634 finally defines with its point of attack on the movable platform 603 the last remaining degree of freedom and thus the position of the movable platform 603 in space with respect to the intermediate platform 604.
  • this two-stage combination of two parallel kinematics provides an extremely powerful system for mastering the position and movement of a tool carrier, gripper arm etc. in the room.
  • the figures clearly show that not only the range of the articulated arm is excellent, but that he is also able to be positioned directly in the area of the fixed platform 602, thus near its base, and in all these areas also the most different orientations the movable platform 603 can accomplish.
  • FIGS. 88 and 89 show in particular from FIGS. 88 and 89, where it can be seen that even with completely symmetrical actuation of the first parallel kinematics 605, clear pivoting of the movable platform 603 is possible only by the second parallel kinematics 606, and also from the Figs. 86 and 87 clearly show in top plan view and perspective view that even when greatly extended and kinked, the movable platform 603 can be brought into a plane normal to the plane of the fixed platform 602.
  • Fig. 90 shows the section 606 of the parallel kinematic on an enlarged scale.
  • the actuator 634 and his point of attack are hidden in this view and are located substantially behind the actuator 633rd
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments, but may be variously modified.
  • the movable platform 603 may have the appropriate form for the respective Verwen ⁇ purpose, the same applies to the fixed platform 602, which does not have to be really fixed in space, but, it should be mentioned again, also movable or rotatable or pivotable.
  • the middle platform is in the illustrated embodiments, with the exception of the last a substantially tetrahedral framework, this is of course not necessarily so, but only because of the easier kinematic and dynamic controllability of such a construction so represented and selected.
  • FIG. 91 shows in purely schematic form a first embodiment of a robot 701 according to the invention.
  • the robot 701 essentially consists of a fixed platform 702, a parallel kinematic device 705 based thereon, a movable platform 703 moved by it, and arm 706 firmly connected to it a tool carrier 707 having a tip.
  • the parallel kinematics 705 in the illustrated embodiment is a so-called 3-2-1 kinematics with three actuators and three rods of fixed length.
  • On the fixed platform 702 are the three actuators Al, A2 and A3 and the three rods of fixed length Sl, S2 and S3 stored in single joints (feet).
  • Their points of attack (head points) on the movable platform 703 consist of a triple point TP, a colon DP and a single point EP.
  • the arm 706 Fixedly connected to the movable platform 703 and thus part of it is the arm 706, which carries at its front end a movable tip with a tool carrier 707 and the indicated tool 708. Between the tool carrier 707 and the arm
  • link chain 709 is a link chain 709 arranged with a plurality of mutually parallel axes 709 '. Around these axes, the links of the link chain 709 and thus the tool carrier
  • the tip 705 thus essentially the link chain 709 including tool carrier 707 and the tool to the arm axis 706 'rotatable, so that when rotated about this axis 706' by about 90 °, the tool depending on the direction of rotation substantially normal to the drawing plane towards the viewer or oriented away from the viewer.
  • FIG. 92 shows a device similar to FIG. 91, in which only the construction of the link chain 710 is somewhat different, furthermore, as compared to FIG. 91, as already shown by a slight change in length of the actuators A1, A2, A3 significant change in the position of the front end of the arm 706 is achieved, and how the orientation of the tool axis 708 'can be changed easily and to a large extent.
  • the link chain 710 in Fig. 92 is kinematically coupled to each other by segments of gears, while this linkage is made to the link chain 709 by synchronizer bars, which are clearly visible in Fig. 91.
  • the structure of the tip 705 is not limited to the illustrated embodiments, but may be replaced by any type of joint, such as that known from US 2005/0040664 A.
  • parallel kinematic device 701 be a 3-2-1 kinematic, here any parallel kinematic device can be used, as explained with reference to Figs. 128-137 showing two devices with this aspect of the invention should:
  • FIGS. 128-132 illustrate a first variant of a particularly load-bearing and also torsionally rigid, three-axis parallel kinematics 1106 with a plane of symmetry and by means of a
  • two actuators Al, A2 are movably mounted on a movable platform 1102, which may optionally be movable relative to an inertial system or rotatable about a vertical axis, whose head points are a colon in the plane of symmetry at the mobile platform.
  • two bars S 1, S 2 of constant length are articulated in the same base points as the actuators A 1, A 2. They end in a triple point TPl, in which also a lying in the plane of symmetry actuator A3 has its head. From the triple point TP1, two bars S3, S4 lead to colons on the movable platform 1103. Of these colons, another bar S5, S6 of constant length each leads to a common colon on the fixed platform 1102.
  • the movable platform 1103, designed as a truss is fixedly connected to an arm 1113, likewise designed as a truss, which has a tool carrier 1107 at its free end.
  • This arm is of a long length, typically this length is at least equal to the length of the parallel kinematic device between the foot and head points, the lowest barrier being 50% of this length, the upper limit being determined by the weight and stiffness of the arm 1113. This means that when using a lightweight tool (which may be probes, gauges, spray guns, light sources, etc.) can be made very long.
  • this device has three colons on the movable platform 1103, to one the two actuators Al, A2 lead to the two other the bars S3, S5 and S4, S6.
  • the rods S3, S4 fußdazzlingerregt by processes of the triple point TPl
  • the actuator A3 causes with the two rods Sl, S2 this combatdazzlingverschiebung.
  • the parallel kinematic device 1106 Due to the geometric configuration of the parallel kinematic device 1106, despite its only three-axis mobility, it is provided both with a large radius of action, as can be seen directly from the figures, and with high rigidity, in particular torsional rigidity.
  • the device remains in its symmetrical configuration as long as the two actuators Al and A2 have the same length.
  • a development of this device is shown in FIGS. 133-137. In this case, only the rod S4 of the device according to FIGS. 128-132 has been replaced by an actuator A4, the device 1206 is thus movable on four axes.
  • a rotation is achieved at the given geometry substantially around the longitudinal axis of the arm 1213 and thus allows positioning and orientation of the tool carrier 1207 to a large extent.
  • the extent of the acquired mobility show the figures.
  • the two devices differ only in the replacement of the rod by the actuator, therefore, such devices are simple and inexpensive to manufacture once the size and load are determined. Also, retrofitting is completely impossible with kinematics according to the prior art (see FIGS. 93 and 94), with devices according to the invention that are easy. It is also directly apparent that the structural design of the colons can be done uniformly, which multiplies the lot sizes and thus extremely reduces manufacturing costs and greatly simplifies storage.
  • a movable tool holder for example the one shown in FIGS. 91-93, can be mounted on the tool carrier 1107 or 1207 in order to further increase the possibilities of orientation of the tool;
  • the arm 1113 or 1213 need not be designed as a framework, but may be constructed analogously to the arms of FIGS. 91-93 or else completely different, it is essential for this aspect of the invention that the length ratio parallel kinematics / arm of at least 0, 5, preferably at least 1 is achieved.
  • FIGS. 43 to 53 also show a variant of the principle according to the invention of connecting a long arm to the movable platform of a parallel kinematic mechanism in order to provide long reach with various possibilities of moving a robot or the like. to connect.
  • the kinematics as a whole in turn consists of a parallel kinematic region 101, which is constructed on a fixed platform 102, and the movable platform 104, on which an arm 106 consisting of a framework is fixed or forms part of this movable platform 104.
  • a tool carrier 103 is pivotally mounted, the pivoting about this axis 121 takes place in the illustrated embodiment by a hydraulic cylinder-piston unit 122nd
  • the parallel kinematics 101 consists of three actuators and three rods of fixed length and is, as in the examples of FIGS. 91 and 92, designed as 3-2-1 kinematics. For reasons of clarity, the marking of the triple and double points has been dispensed with, this being possible for the person skilled in the art without loss of information, in view of the similar construction to the other device of this description.
  • FIGS. 54 to 64 show a variant in which the parallel kinematic device 201 consists of four actuators A1 to A4 and two bars of the same length Sl, 209.
  • the arm 206 is constructed as in the previous example, but as the figures show, it is possible to further increase the orientation and reach of the tool carrier 203 by the additional degree of freedom of the parallel kinematic device 201.
  • the figures also show the high mobility of the movable platform 204, which is significantly responsible for the orientation of the tool carrier 7.
  • actuators pneumatic or hydraulic cylinder-piston units or electric linear drives, spindle drives or other linear drives can be used.
  • Figs. 80 to 90 show a variant of the invention, which is significant because the arm 606 is in the form of a parallel kinematic device, in which the position of a point of the tool carrier 603 relative to the movable platform 604 by three rods of constant length, on the tool carrier form a triple point, is fixed.
  • the position with respect to the remaining degrees of freedom, in the embodiment shown, the pivoting about three mutually normally extending, passing through the triple point axes is variably adjustable by three actuators 632, 633 and 634.
  • FIGS. 72 to 79 also show a variant of this aspect of the invention.
  • the tool holder 531 is articulated about two axes on the arm 506, the parallel kinematic portion 505 consists, as in the latter example, of three rods of constant length and three actuators, the arm 506 consists of five rods of constant length, the position of a hand axis 503 with respect define the movable platform 504.
  • the position of a hand axis 503 pivotally another hand axis is rotatably mounted.
  • the position of the tool carrier 7 with respect to these two mutually intersecting at a right angle axes is determined by two drives 532, 533. These drives engage on the one hand suitably on the movable platform 504 and with its other end on the tool carrier 503.
  • the parallel kinematics are adapted in their various embodiments to the respective areas of work, and that the not usual for parallel kinematics fertil fertilization of rods of constant length in conjunction with actuators with a suitable choice of the arrangement of these elements sufficiently high mobility provides.
  • the 3-2-1 kinematics and the use of pseudo-triple points and pseudo-double points one achieves in an unexpectedly simple and thus cost-effective manner kinematic devices that correspond to the accuracy and portability of the parallel kinematic devices of the prior art but allow to indicate their movements in the form of closed mathematical solutions, so that the mobility is much faster and more accurate than in the prior art.
  • the arm is in this aspect of the invention an integral part of this platform, and by the provision of at least one pivot axis for the tool carrier in the region of the transition from the arm to the tool carrier, an extent of the work area and a flexibility of the orientation of the tool carrier and thus of the tool is achieved, which was reached in the prior art in no device so far.
  • FIG. 93 shows a variant of a robot similar to that of FIG. 92.
  • the two rods of fixed length Sl and S2 both of which have their head point at the triple point TP, and therefore can only rotate around the connecting line of their feet, united to form a surface F.
  • This achieves a substantial increase in the mechanical rigidity and thus a further weight saving, including a simplification of the mechanical structure of the triple point TP.
  • the pointer pairs (force corner) of rods of fixed length can be transformed into such surfaces.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and can be variously modified.
  • the actuators and drives for the pivoting of the tool carrier to the various swivel axes made available to him can be designed differently than in the examples shown and it can of course also be used parallel kinematic devices that are moved with variable-length actuators instead variable position footsteps.
  • the triple points or the pseudo-triplet points and the colons or the pseudo-double points are generally not shown in their constructive structure, usually a confluence of the rod outlines was chosen as a representation to avoid overburdening of the drawing. Of course, this does not mean, however, that the bars, which are so to speak as a unit, would be mutually immovable, so that only their attack on a common point or a pseudo-common point is indicated.
  • the movable platform can have a wide variety of shapes and, as in FIGS. 91 to 93, actually resemble a platform, but it can also, as in the devices according to FIGS a rigid framework should be resolved, at the node of which the rods of the parallel kinematics attack.
  • the movable platform 6 carries a kind of plate or the like, as in the example of FIG. 86, to provide a sufficiently stable yet easy attachment and engagement for the rods forming the arm and the actuators which pivot the tool carrier to create.
  • the solid platform is not necessarily really fixed in space or fixed to think with respect to an inertial system, but in turn od.dergl on wheels, wheels. be mobile, especially if the robot 1 has large dimensions and beispiels ⁇ example in the manufacture of trucks, as a crane, in shipbuilding od.dergl. is used.
  • Essential for this aspect of the invention is the combination of a parallel kinematics with an elongated arm, which is mounted on the movable platform and at least one axis of rotation in the region of the transition from the arm to the tool carrier. Even the provision of further axes of rotation or a multiplication of the axes represents Ausgestaltun ⁇ gen, a possible mobility of the arm with respect to the movable platform as well.
  • the length of the arm necessary to achieve the objects of the invention can easily be determined by the person skilled in the kinematic field of knowledge of the invention and the field of application; the definition of the points between which the length is measured can be determined countless configurations and variants vary.
  • the geometric center of gravity of the foot or head points of the parallel kinematics and the position of the axis of rotation corresponding to the axis of rotation of the tool carrier in the examples can almost always be used de facto. Of course, this does not have to cut the arm axis (if there is one at all), but a reference point (triple point on the tool carrier, center of the universal joint), which embodies the mobility of the tool holder with respect to the arm, can always be found.
  • the lower value of the arm length defined in accordance with the invention can be considered as 50% of the average length of the actuators and rods in the shortest configuration of the parallel kinematics, preferably at least 100% of this length. As can be seen from the figures, significantly higher values are also useful in practice.
  • the subsequently discussed aspect of the invention relates to parallel kinematic devices in which the movable platform is connected by rods to the fixed platform, the foot and head points of the bars being fixedly provided on the respective platform and at least two bars on one of the Platforms, preferably the movable platform, have a common point of attack, thus a colon or pseudo-double point, a so-called force corner.
  • a form of such a kinematic basic structure according to the invention now consists of a rod of fixed length, called rod for short below, and a rod. Licher length, thus an actuator, and is called in the following force corner.
  • rod for short below a rod of fixed length
  • Licher length thus an actuator, and is called in the following force corner.
  • One of the main advantages of such a structure is the ability to compute the movement of the common head with respect to the fixed platform in a closed form, another very important point is that such structures in different combinations, the creation individually adapted to the circumstances and needs Parallel kinematics allow, so that the costs of development, certification, warehousing, etc., can be extremely reduced according to a kind of modular principle.
  • parallel kinematic devices are not necessarily only made of rods, which are claimed solely on train or pressure, but that there are also parallel kinematic devices in which waives one or more of the necessary six rods and in which by appropriate restriction of the mobility of other rods, the determination of the degrees of freedom takes place, but by the restriction of the articulation at the points of attack, the corresponding rods are exposed to bending stresses and / or Torsi ⁇ onsbe bulkungen.
  • Fig. 94 shows a robot according to the prior art.
  • This robot has a fixed platform 802, which may optionally be rotatably mounted or connected about a vertical axis 814 opposite an assembly 801 connected or moveable to the foundation.
  • Rotatable about a horizontal axis 815 is a lever 811, at the other end of which an arm 8 is pivotally mounted about an axis 812.
  • the arm At its tip, the arm carries a tool carrier 803 on which a tool can be mounted.
  • the two axes 815, 812 are parallel to each other. This is a classic serial kinematics.
  • This prior art robot has the drive for the pivoting of the arm 813 about the axis 812 on the lever 811, this drive must therefore always be moved with the lever 811 which increases the dead load and the necessary driving force for the pivoting of the lever 811 about the axis 815th and drastically increases the pivoting of the entire robot about the axis 814.
  • that all components must be designed accordingly reinforced, is another unpleasant side effect, which not only increases the stress on all bearings but also further drives the necessary drive power in the air.
  • FIG. 95 A certain remedy of this problem is provided by the similarly constructed robot shown schematically in FIG. 95, which is likewise known from the prior art. Comparable components were therefore provided with the same reference numerals.
  • This robot also has a foundation part 801 on which, rotatable about a vertical axis 814, rests the "fixed platform” 802.
  • a lever 81 1 which is pivotable about a horizontal axis 815 of this fixed platform 802, is arranged at its free end an axle 812, which is parallel to the axle 815, pivotally supports an arm 813.
  • a drive is now on the fixed platform 802
  • FIGS. 96 and 97 A robot according to the invention, essentially corresponding to these two industrial robots, is shown in FIGS. 96 and 97 in a schematic view.
  • This robot has an inventively designed parallel kinematic device 906 which is mounted on a fixed platform 902.
  • the fixed platform 902 may optionally be pivotable about a vertical axis in analogy to the fixed platform 802 of the industrial robots according to FIGS. 94 and 95, however, this possibility is not shown in the figures for reasons of clarity.
  • the parallel kinematic device 906 has a force consisting of the rod Sl and the actuator Al.
  • the support of the bases of these two elements only allows pivoting about fixed and parallel axes 915 with respect to the fixed platform 902, the head of the two elements being a colon and allowing pivoting about an axis 912 parallel to the axes 915 ,
  • the position of the axis 912 and thus also the mechanical embodiment of the movable platform 903 mounted thereon are clearly defined by the instantaneous length of the actuator A1 relative to the fixed platform 902.
  • the movable platform 903 is pivotable only about this axis 912, the respective angular position about this axis is uniquely determined by the length of the actuator A2 and thus also the orientation of the fixed to the movable platform 903 arm 913th Die constitutionalhalter 907, rigidly or movably arranged at the free end of the arm 913, may be formed similarly to the tool holders of industrial robots.
  • FIGS. 96, 97 show a robot 901 similar to that of FIGS. 96, 97, with a parallel kinematic device 906 between the fixed platform 902 and the movable platform 903, in which, compared to the robot according to FIGS. 96, 97, the actuator A2 is replaced by two Akruatoren A2, A3 is replaced.
  • the universal joint is connected about a vertical axis 917 rotatably connected to the movable platform 903, as the universal joint, to which the two Akruatoren A2 A3 attacking about a parallel axis 917 '.
  • This allows movement of the movable platform 903 not only about the axis 912 ( Figure 97) but also about an axis normal to it.
  • the foot of the actuator Al was formed with a gimbal, this is purely by design but not necessary.
  • FIG. 100 A variant with further increased mobility is shown in FIG. 100: starting from a robot 901 according to FIGS. 98, 99, the foot points are not designed as axial joints with mutually parallel pivot axes, but have the shape of universal joints, whereby of course all kinematically so that equivalent joints can be used.
  • the tilting of the parallel kinematic device 906 and thus the movable platform 903 about the tilting axis 916 formed by the three aligned foot points is accomplished by an actuator A3.
  • the head point K3 of the actuator A3 is suitably provided on the rod Sl, thus forming a pseudo-triplet point, so that the rod Sl depending on the view as part of the force, formed from the rod Sl and the actuator Al, or as part of the force corner, formed from the Rod Sl and the actuator A3, can be viewed.
  • the head point K3 together with the head point Kl as a true triple point.
  • the head points are in turn rotatably mounted about axes 917, 917 'in the movable platform 903. Neither from the calculation and control of the motion forth, nor from the dynamic or static load ago brings this combined design difficulties, the introduction of bending forces in the rod Sl is mechanically easily manageable.
  • FIG. 101 shows a still more mobile robot 1, which consists of a combination of the robot according to FIGS. 98, 99 with a robot according to FIG. 100, but whose actuator A3 has been replaced by a rod S2 of fixed length so that this robot only has the force formed by the rod Sl and the actuator Al. Due to the constant lengths of the rods Sl, S2, it is quite possible to replace these two rods together with their base points, similar to that shown in FIG. 93, by a planar structure which can pivot about an axis 915 of the fixed platform 5 is trained.
  • FIGS. 102 and 103 show another embodiment of the robot 901 of FIG. 101, wherein the parallel kinematic device 906 has been modified such that the movable platform 903 is pivotally mounted about the connection axis of the two header points K1, K2 (FIG their position relative to this pivot axis is determined by a rod S3 constant length.
  • the position of the head point K1 of the movable platform 903 with respect to the fixed platform 902 is determined by the force corner formed of the rod S1 and the actuator A1 in connection with the rod S2.
  • the location of the head point K2 depends on the respective length of the actuators A2, A3, their base points fixed relative to the fixed platform 902 and the distance between the points K1 and K2 constant at the movable platform 903 being the position of the head point K2 with respect to the fixed platform 5 clearly set.
  • the only remaining degree of freedom of the movable platform 6, the angular position with respect to the passing through the two Kopfpunke Kl, K2 axis is determined by the rod S3.
  • the head point K4 of the rod S3 is designated, this may for example consist of a spherical bearing, which is characterized by a particularly compact design.
  • FIGS. 106 to 108 A further embodiment of the invention is shown in FIGS. 106 to 108, here the provision of three practically equal head points K1, K2, K3 makes the parallel kinematics 906 a kind of Gough platform, but in the classic Gough platform all rods are formed as actuators, while in the illustrated Auscul ⁇ tion example of a force corner, formed from the rod Sl and the Akraator Al, a so-called scissors, formed from the two actuators A2, A3 and another pair of scissors, formed from the two bars S2, S3, are provided.
  • the foot and head points can be formed identically to one another so that a robot according to the invention can be produced in the manner of a modular system, whereby the storage and the costs per piece can be kept favorable by the larger batch sizes.
  • Fig. 108 which shows a plan view of the robot according to the invention, it can be seen that the accessibility to the individual components is given to a large extent, which is the According to the invention, the robot differs fundamentally and in a very advantageous manner from the serial robots according to the prior art.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment but can of course be modified variously.
  • other combinations of rods with actuators can be combined to form a force corner in the sense of the invention, the bases can be arranged differently than shown on the fixed platform 902, although the illustrated as orthogonalized and aligned in sub-combinations of faceda arrangement is advantageous.
  • actuators pneumatic or hydraulic cylinder-piston units can be used or it can be electrically or pneumatically operated spindle drives are used, ball screws and electric linear actuators can be used depending on the application.
  • FIGS. 109-112 show a first variant of a particularly torsionally stiff and thereby light robot or crane construction having the following construction:
  • the movable platform 1003 is constructed in the illustrated embodiment as a spatial framework, which facilitates the assembly of tools, probes, grippers, cables, etc. and the weight is kept low.
  • the movable platform 1003 includes a likewise designed as a rod factory arm 1013 with a schematically indicated at its free end tool carrier 1007th
  • the two head points of the rods S6 and S6 'on the movable platform 1003 are formed as colons and connected by means of rods S4, S4' with the triple point TPl. This appears in the drawing at first glance as a muzzle point of five rods, but it must be remembered that the rods S5, S5 'on the one hand and the rods S4, S4' on the other hand each move like a rigid body and therefore may not be counted twice ,
  • the device according to FIGS. 109-112 has an asymmetrically extending rod S3 which, in the illustrated embodiment, adjoins one of the articulation points on the movable platform 1003 to its own foot point outside the plane of symmetry the fixed platform 1002 leads and secures the position of the described construction symmetrically to the plane of symmetry.
  • FIGS. 111 and 112 A comparison of FIGS. 111 and 112 reveals the large radius of action in this simple structure, in this purely lateral representation, it should be noted that the rod S3 obscures the rods S6, S6 '. It is therefore to be understood that the reference numeral TP2 in FIG. 112 is marked so that the reference line leads to the hidden foot point.
  • Figs. 113-117 show a variant similar to that described above, wherein only the fixed-length rod S3 has been replaced by an actuator A3, which makes it possible to move the movable platform 1003 out of the plane of symmetry.
  • the indications of symmetry are thus, as in some of the above examples, to refer to the corresponding positioning of the movable platform. For this reason, the same reference numerals are used, the consequences of these exchanges are the following:
  • the parallel kinematic device 1006 can be pivoted out of the plane of symmetry by the combination of the triple point TP2 with the actuator A3 and the pivotability about the triple point TP1, whereby its range and also, in particular if it is rotatable about a (not shown) vertical axis, the range of Orientation of the tool carrier 1007 increases significantly.
  • FIGS. 109-112 As a comparison of FIGS. 109-112 on the one hand with FIGS.
  • Fig. 113 shows the device in a view analogous to the view of Fig. 109 in its symmetrical position
  • Fig. 114 shows a side view in a displaced position
  • the inclination of the movable platform 1003 and thus of the arm 1013 and the tool holder 1007 are clear to recognize. That it is actually a side view with respect to the fixed platform 1002 is apparent from the aligned position of the bars S5, S5 '.
  • FIG. 115 shows the situation in a rear view, recognizable by the symmetrical representation of the bars S5, S5 ', and makes clear how strongly the deviation from the symmetrical arrangement can be achieved in a simple manner.
  • Fig. 116 shows a side view similar to that of Fig. 114, but with the device in a symmetrical position, here also shows a comparison with the biaxial embodiment of FIG. 111, the conformity of the construction and thus the possibility of construction from the kit. Finally, FIG. 117 shows a plan view in order to make clear the achievable angle and position change.
  • FIGS. 118 to 122 A variant with three actuators, in which, however, the tool carrier does not essentially execute around the basic axis but about the vertical axis, is apparent from the illustrations of FIGS. 118 to 122.
  • the rod of fixed length S4 is replaced by an actuator A4.
  • the actuator A4 in the illustration of FIG. 118 lies in alignment behind the rod S4 'and therefore protrudes beyond the contour of the rod S4' only by the thickening indicating the actuator. From a synopsis of FIGS.
  • the mobility which has a handling robot designed according to FIGS. 18-122 is, in particular, in the painting of automobile bodies and in robots which can be moved along a longitudinal carriageway (in addition to the rotatability of the fixed platform 1002 about its vertical axis), valuable and therefore much appreciated. Here they can achieve a high degree of flexibility in the smallest construction and movement space.
  • Figs. 123-127 show the logical development of the parallel kinematic devices described above, in this variant both the rod S3 of the device according to Figs. 109-112 and the rod S4 are replaced by actuators.
  • Such Vierachskinematik is possible with serial robots only at great expense and the associated costs and leads to extremely low ratios of payload to dead load, since, as explained above, all drives and guides away from the tool carrier to the fixed platform with the next guide and the next drive must be carried along and transported.
  • Fig. 125 is a side view (the rod S5 is aligned with the rod hidden by him S5 ') and the view 126 is a rear view (the rods S5 and S5 'are symmetrical to the "symmetry plane" of the device, as it always has the first device of this series of modified devices and the others when the actuators A3 and A4 assume their normal position).
  • the invention is not limited to the illustrated and described examples, but can be transferred in different ways to a large number of application areas. In this case, of course, combinations with devices, as explained above, possible, for example in the field of micro manipulators or in the field of medical technology in the small, cranes and earthmoving machines in the large.

Abstract

The invention relates to the kinematic connection of a fixed platform (2) to a mobile platform (3) comprising up to six degrees of freedom in closed kinematic chains, (parallel kinematics), the connecting elements being rods, (actuators) of adjustable length, optionally consisting partially of rods of a constant length, (passive rods) and optionally cables. The invention is characterised in that three connecting elements of this type engage with a common point of one of the platforms (2, 3), forming a triple point (P3). In embodiments of the invention, said triple point can be configured as a pseudo triple point to produce a simple mechanical configuration, without losing the advantages of the invention. The inventive kinematics can be used for lifting tables, tackle for overhead conveyors, lifting robots, articulated arm-type robots, excavators, mills, cutting devices etc..

Description

Parallelkinematische Vorrichtung Parallel kinematic device
Die Erfindung betrifft mechanische paralleMnematische Vorrichtungen, die zumindest zwei zueinander entlang mehrerer Freiheitsgrade bewegliche feste Bauteile, eine feste Plattform und eine bewegliche Plattform, aufweisen, beispielsweise Hubtische, Hän¬ gebahnen, Hubroboter, Knickarmroboter, Bagger, Fräsen, Krane, Schneideinrichtungen, Messeinrichtungen, Handhabungsroboter, etc..The invention relates to mechanical paralleMnematic devices comprising at least two fixed components movable along several degrees of freedom, a fixed platform and a movable platform, such as lifting tables, Hän¬ webs, lifting robots, articulated robots, excavators, milling, cranes, cutting devices, measuring devices, handling robots , Etc..
Alle diese letzten Endes auf das Problem der ausreichend genauen und raschen Bewegung entlang mehrerer Freiheitsgrade zwischen einer Basis oder Grundplattform oder festen Plattform und einer Arbeitsplattform bzw. beweglichen Plattform oder Endplattform zurückzuführenden Detailprobleme werden seit langem mittels der sogenannten „seriellen Kinematik" gelöst: Dabei wird auf der Grundplattform, die zumeist aber nicht zwingend (z.Bsp. Hängebahn) raumfest in einem Inertialsystem angeordnet ist, ein Gebilde entlang eines Freiheitsgrades bewegt, auf diesem Gebilde ein weiteres Gebilde um einen anderen Freiheitsgrad, usw., bis zum Schluss, je nach Anzahl der notwendigen Freiheitsgrade und entsprechend vielen Gebilden die Endplattform erreicht wird, die beispielsweise im Falle einer Werkzeugmaschine das gewünschte Werkzeug aufweist, im Falle eines Fördermittels das Fördergut trägt etc.. Diese serielle Kinematik hat sich vielfach bewährt, insbesondere weil es möglich ist, die aneinander gereihten Freiheitsgrade zu „orthogonalisieren" d.h. dass eine Bewegung entlang eines Freiheitsgrades die Lage der Endplattform nur in dessen Richtung beeinflusst, die Lage bezüglich aller anderen Richtungen aber konstant bleiben. Dadurch wird ein einfacher und anschaulicher Steuer- und Regermechanismus für die Bewegung ermöglicht.All of these latter problems have been solved for a long time by the so-called "serial kinematics" problem of sufficiently accurate and rapid movement along several degrees of freedom between a base or base platform and fixed platform and a work platform or mobile platform or end platform the basic platform, which is usually but not necessarily (eg overhead track) arranged fixed space in an inertial system moves a structure along a degree of freedom, on this structure another structure to another degree of freedom, etc., to the end, depending on the number the necessary degrees of freedom and according to many structures, the end platform is reached, for example, in the case of a machine tool has the desired tool, in the case of a conveyor the conveyed carries etc. This serial kinematics has proven itself many times, especially because it is possible, the aneinand he ranked degrees of freedom to "orthogonalize" i. a movement along one degree of freedom influences the position of the end platform only in its direction, but the position remains constant with respect to all other directions. This allows a simple and intuitive control and governing mechanism for the movement.
Nachteilig aber sind die Additionen aller Toleranzen in allen jeweils anfallenden Rich- tungen, die hohen zu bewegenden toten Massen der verschiedenen' Zwischenplattformen und die Notwendigkeit, speziell ausgestaltete Elemente für die einzelnen Freiheitsgrade vorzusehen. Man denke dabei nur an eine Fräsmaschine, bei der Support entlang einer Schiene mittels einer Spindel verfahren wird, worauf auf dem Support ein Schlitten mit einer passenden Stellvorrichtung normal zur Spindelachse verfahren wird etc..The disadvantage but the additions of all tolerances in all applicable variable RICH are obligations to provide the high to moving dead masses of the various' between platforms and the need for specially designed elements for the individual degrees of freedom. One thinks only of a milling machine, in which support is moved along a rail by means of a spindle, whereupon a carriage with a suitable adjusting device is moved normal to the spindle axis on the support etc ..
Andere Lösungen dieses Grundproblems sind schon seit langem von Reifentestmaschinen, den nach ihrem Erfinder so genannten Gough-Plattformen, und bei Flugsimulatoren zur Bewegung der Kabine, die das Cockpit darstellt, nach ihrem Erfinder Stewart-Plattform genannt, bekannt. Diese alternative Kinematik erhielt die Bezeichnung „Parallel¬ kinematik", weil zur gezielten Bewegung der Endplattform eine parallele (eigentlich simultane) Betätigung aller Antriebe entlang aller Achsen notwendig ist und weil im allgemeinen auch alle. Damit ist die Problematik der Parallelkinematik schon im wesentlichen angedeutet, sie erfordert einen hohen Steuer- und Regelaufwand (damit auch Rechenaufwand) für die gewünschte Bewegung der beweglichen Plattform.Other solutions to this fundamental problem have long been from tire testing machines, the so-called Gough platforms, and flight simulators for moving the cabin, which represents the cockpit, to their inventor Stewart platform called, known. This alternative kinematics was given the name "parallel kinematics" because a parallel (actually simultaneous) actuation of all drives along all axes is necessary for the targeted movement of the end platform, and because in general all of them are. It requires a high amount of control and regulation (and thus computational effort) for the desired movement of the movable platform.
Der Rechenaufwand wird besonders dadurch in die Höhe getrieben, dass keine geschlos¬ senen Lösungen für die Steuerung vorliegen und daher iterativ gerechnet werden muß. Dies führt insbesondere bei langen Wegen der beweglichen Plattform, seien es nun Winkel oder Längen, noch zum Problem der weit überlinear ansteigenden Rechenarbeit und dem Problem der nicht (leicht) zu erkennenden Verzweigung der Lösungen. Eine derartige Verzweigung kann dazu führen, dass die Aktuatoren (Aktuator, zumeist Stäbe, gegebenen¬ falls auch Seile od.dergl., deren Länge veränderlich ist oder deren Fußpunkt, das ist der Anlenkpunkt an der festen Plattform, beweglich ist, aber aus der US 5,966,991 A ist auch eine rotatorische Parallelkinematik bekannt) falsch betätigt werden und es zur Kollision von Stäben kommt.The computational effort is particularly driven by the fact that there are no closed solutions for the control and therefore it must be calculated iteratively. This leads in particular to long distances of the movable platform, be it angles or lengths, nor to the problem of far more linearly increasing computing work and the problem of not (easily) recognizable branching of the solutions. Such a branch can lead to the actuators (actuator, usually rods, if appropriate also ropes or the like) whose length is variable or whose base, that is the articulation point on the fixed platform, being movable, but from the US Pat 5,966,991 A is also a rotary parallel kinematic known) are operated incorrectly and it comes to the collision of bars.
Wie man aus der Vorgabe, dass jeder Aktuator nur einen Freiheitsgrad festlegen soll, die anderen fünf aber nicht beeinträchtigen soll, leicht erkennen kann, sind extrem aufwendige, hochgenaue und damit teure Lager für jeden der Antriebe notwendig.How to easily recognize from the requirement that each actuator should specify only one degree of freedom, but should not affect the other five, extremely expensive, highly accurate and therefore expensive bearings for each of the drives are necessary.
Um dies zu verdeutlichen Folgendes:To illustrate this:
Bei einer Vorrichtung mit allen sechs Freiheitsgraden zwischen der festen und der bewegten Plattform benötigt man sechs Stäbe, von denen jeder in fünf Freiheitsgraden frei sein muss, somit sind dreißig Bewegungsrichtungen möglichst genau und somit vorge¬ spannt zu verwirklichen, z.B. zwei Kardangelenke und ein Achsial -Radiallager pro Stab oder ein Kardangelenk und ein Kugelgelenk pro Stab. Damit einher geht die problema- tische Kalibrierung von Parallelkinematiken, darunter versteht man die Berücksichtigung mechanischer Ungenauigkeiten im Rechenmodell für die Ansteuerung der Bewegung der einzelnen Stäbe. Dem Problem der Kalibrierung wurde im Werk: Kinematics, Dynamics and Design of Machinery von Kenneth J. Waldron und Gary L. Kinzel einiger Raum gewidmet. Es wird auch, auf Seite 419, eine orthogonalisierte 3-2-1 Kinematik dargestellt, bei der die sechs als Stäbe ausgebildeten Aktuatoren jeweils parallel zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems liegen, wobei drei der Stäbe in einem Punkt der beweglichen Plattform gelagert sind, zwei weitere in einem anderen Punkt der beweglichen Plattform und schließlich der letzte einzeln für sich. Diese Anordnung wird für extrem kleine Bewegungen als vorteilhaft wegen der Möglichkeit angesehen, bei der Berechnung der Folgen der Längenveränderung eines Stabes die Lage und Länge aller anderen Stäbe als konstant bleibend anzusehen, wodurch die Bewegungsgleichungen entkoppelt werden. Dies geht nur für derart geringe Änderungen, wie sie in der Praxis nicht vorkommen.In a device with all six degrees of freedom between the fixed and the moving platform requires six rods, each of which must be free in five degrees of freedom, thus thirty directions of movement as accurate as possible and thus vor¬ spanned to realize, for example, two universal joints and an axis - Radial bearing per rod or one universal joint and one ball joint per rod. This is accompanied by the problematic calibration of parallel kinematics, which includes the consideration of mechanical inaccuracies in the computer model for controlling the movement of the individual rods. The problem of calibration has been addressed in the work: Kinematics, Dynamics and Design of Machinery by Kenneth J. Waldron and Gary L. Kinzel dedicated. Also shown on page 419 is orthogonalized 3-2-1 kinematic, in which the six rod shaped actuators are each parallel to the axes of a Cartesian coordinate system, with three of the rods being journalled at one point on the movable platform, two more in another point of the moving platform and finally the last one by itself. This arrangement is considered to be advantageous for extremely small movements because of the possibility of considering the position and length of all other rods to be constant in the calculation of the consequences of the change in length of a rod, whereby the equations of motion are decoupled. This is only possible for such minor changes as they do not occur in practice.
Andere Werke, die sich theoretisch mit der Kalibrierung beschäftigen, sind die nach der Priorität dieser Anmeldung im November 2004 veröffentlichte Studie: „New 6-DOF parallel robotic structure actuated by wires", die sich mit der Frage der Abweichung der tatsächlichen Position einer beweglichen Plattform, die an sechs Seilen aufgehängt ist, von der jeweils berechneten Position aufgrund verschiedener Toleranzen und Fehler beschäftigt. Die Kinematik selbst ist stets eine hängende Stuartplattfoπn.Other works that are theoretically concerned with calibration are the study published after the priority of this application in November 2004: "New 6-DOF parallel robotic structure actuated by wires" dealing with the question of the deviation of the actual position of a moving platform , which is suspended on six ropes, is occupied by the calculated position due to various tolerances and errors.The kinematics itself is always a hanging Stuartplattfoπn.
Auch ein weiteres Dokument: „Coordinate-free formulation of a 3-2-1 wire-based tracking device" von Federico Thjomas, Erika Ottaviano, Lluis Ros und Marco Ceccarelli, beschäftigt sich ausschließlich mit den Problemen der Lagebestimmung einer hängenden Plattform beschäftigt, wobei eine 3-2-1 Kinematik im Vergleich zu einer 2-2-2-Kinematik dargelegt wird. Dabei werden ausschließlich verschiedene Singularitäten und die Auswir¬ kung von Toleranzen und deren mathematischer Behandlung erläutert. Festgehalten muss aber werden, dass (Seite 2, spaltenübergreifend) festgestellt wird, dass die Bewegungsglei- chungen einer solchen 3-2-1 Kinematik in geschlossener Form bestimmt werden können und zu acht Lösungen führen, was die minimale Lösungszahl für direkt kinematische Vorrichtung mit sechs Freiheitsgraden darstellt.Also another document: "Coordinate-free formulation of a 3-2-1 wire-based tracking device" by Federico Thjomas, Erika Ottaviano, Lluis Ros and Marco Ceccarelli, deals exclusively with the problems of determining a hanging platform, whereby 3-2-1 kinematics in comparison to 2-2-2 kinematics is explained, but only different singularities and the effects of tolerances and their mathematical treatment are explained, but it has to be stated that (page 2, cross-column ) states that the motion equations of such a 3-2-1 kinematics can be determined in closed form and lead to eight solutions, which represents the minimum solution number for directly kinematic devices with six degrees of freedom.
Es ist diese Veröffentlichung aufgrund ihres theoretischen Charakters ohne jeden Hinweis auf eine praktische Durchführung und auch ohne Hinweis auf eine mögliche Umbildung zu einer Stabkinematik ohne großen Wert für eine solche. Es sollen ja mit dieser Arbeit auch nur die verschiedenen Probleme theoretisch behandelt werden, weshalb dieses Fehlen keinen Mangel darstellt, sondern systemkonform ist. Der Artikel "Uncertainty model and singularities of 3-2-1 wire-based tracking Systems" von den gleichen Autoren wie das vorstehende Dokument behandelt ausschließlich die Probleme, die entstehen, wenn gewisse Schnurlängen nicht genau bekannt sind und verschiedene Winkellagen vorliegen, die zu Singularitäten führen könnten. Es ist aus diesem Grund diese Druckschrift ohne Relevanz für praktische Parallelkinematiken.It is this publication due to its theoretical nature without any reference to a practical implementation and also without reference to a possible transformation into a rod kinematics without great value for such. After all, only the various problems should be treated theoretically with this work, which is why this lack does not represent a defect, but is in conformity with the system. The article "Uncertainty model and singularities of 3-2-1 wire-based tracking systems" by the same authors as the above document deals exclusively with the problems that arise when certain cord lengths are not well known and different angular positions exist, leading to singularities could lead. It is for this reason that this document has no relevance to practical parallel kinematics.
Die DE 102 57 108 A, die auf den Anmelder zurückgeht, betrifft eine Laufkatze mit einem Traggestell für eine Autokarosserie od.dergl., wobei die Verbindung zwischen der Lauf- katze und dem Traggestell über zwei zick-zack-förmig angeordnete Rahmen erfolgt, die um zwei horizontale, zueinander parallele Achsen verschwenkbar sind. Mittels Seilen wird einerseits die Lage der unteren Achse zur Laufkatze und andererseits die Lage des Traggestelles bezüglich dieser Achse festgelegt. Wenn man diese Anordnung als Parallel¬ kinematik mit zwei Freiheitsgraden interpretiert, so stellt sie ein höchst interessantes Zwitterwesen aus Seilkinematik und rotatorischer Parallelkinematik dar, hat aber keinerlei Zusammenhang mit einer Parallelkinematik mit längenveränderlichen Aktuatoren.The DE 102 57 108 A, which is based on the applicant, relates to a trolley with a support frame for a car body od.dergl., Where the connection between the running cat and the support frame via two zigzag arranged frame, which about two horizontal axes parallel to each other are pivotable. By means of ropes on the one hand, the position of the lower axis to the trolley and on the other hand, the position of the support frame with respect to this axis determined. If one interprets this arrangement as Parallel¬ kinematics with two degrees of freedom, so it represents a highly interesting hybrid system of rope kinematics and rotational parallel kinematics, but has no connection with a parallel kinematics with variable-length actuators.
Die EP 1 106 563 A, zwischenzeitlich erteilt und in einem Einspruchsverfahren verfangen, offenbart eine Seilkinematik mit zumindest einem schräg zu den vertikalen Halteseilen verlaufenden Stabilisierungsseil. Die Anlenkpunkte der Seile sind dabei nach konstruk¬ tiven Gesichtspunkten: Platzbedarf der Rollen, Haspeln und Motoren, etc. ausgewählt und nicht nach kinematischen Pinzipien.EP 1 106 563 A, issued in the meantime and caught in an opposition proceedings, discloses a cable kinematics with at least one stabilizing cable running obliquely to the vertical tethers. The points of articulation of the cables are selected according to constructive criteria: space requirements of the rollers, reels and motors, etc. and not according to kinematic principles.
Die DE 101 00 377 A, die ebenfalls auf den Anmelder zurückgeht, betrifft einen Tauch- roboter für Lackieranlagen von Fahrzeugkarosserien. Dieser Tauchroboter ist in Form eines Gelenkviereckes ausgebildet, wobei am Wagen die Basis und am zu lackierendenDE 101 00 377 A, which also relates to the Applicant, relates to a submersible robot for painting systems of vehicle bodies. This diving robot is designed in the form of a four-bar linkage, where the carriage on the base and on to be painted
Fahrzeug die Koppel ausgebildet ist, die beiden Kurbeln haben gleiche Länge, sodass es möglich ist, das Gelenkviereck nach Art eines Gelenkparallelogramms zu bewegen. Dazu kommt noch, dass an einer der beiden Kurbeln, geoffenbart ist dies für die in Fahrtrichtung gesehen hinten liegende Kurbel, das Ende seinerseits frei gegenüber dem Rest der Kurbel drehbar ist, wodurch verschiedene Schrägstellungen der Karosserie ermöglicht werden. InVehicle, the coupling is formed, the two cranks have the same length, so that it is possible to move the four-bar linkage in the manner of a Gelenkparallelogramms. Added to this is that on one of the two cranks, this is disclosed for the rear viewed in the direction of travel crank, the end in turn is freely rotatable relative to the rest of the crank, whereby various inclinations of the body are made possible. In
Kombination mit der Betätigung der hinteren Kurbel lassen sich eine ganze Reihe von Bewegungen ausführen, wobei aber alle diese Bewegungen ausschließlich die sogenannte Ebene Kinematik betreffen.Combined with the operation of the rear crank can be a whole series of Execute movements, but all these movements exclusively affect the so-called level kinematics.
Wollte man diese Vorrichtung als Parallelkinematik ansprechen, so wäre es eine rein rotative Parallelkinematik, dazu kommt noch, dass durch die Unterteilung der hinteren Kurbel zwangsläufig eine serielle Kinematik vorliegt.If one wanted to address this device as parallel kinematics, then it would be a purely rotary parallel kinematic, in addition to that there is inevitably a serial kinematics due to the subdivision of the rear crank.
Die DE 101 03 837 A, die ebenfalls auf den Anmelder zurückgeht, betrifft, wie die vor¬ stehend genannte Druckschrift, eine Lackiervorrichtung für Fahrzeugkarosserien und eine ausschließlich Ebene Kinematik. Als Besonderheit, die tatsächlich als eine Art Parallel¬ kinematik angesehen werden kann, ist die Art der Verschwenkbarkeit des Fahrzeug¬ schwerpunktes um den Transportwagen in Verbindung mit der Drehung des Fahrzeuges um eine Querachse anzusehen.DE 101 03 837 A, which is likewise based on the Applicant, relates, like the afore-mentioned document, to a painting device for vehicle bodies and an exclusively plane kinematics. As a special feature that can actually be regarded as a kind of parallel kinematics, the type of pivoting of the vehicle center of gravity around the transporting carriage in conjunction with the rotation of the vehicle about a transverse axis is to be regarded.
Diese Drehungen erfolgen einerseits durch eine Kurbel und andererseits durch ein Gelenkparallelogramm, das die Drehung der Karosserie um das Ende der Kurbel, an dem sie befestigt ist, bewirkt. Es kann somit diese Kinematik als eine Art rotative Parallelkine¬ matik angesehen werden, doch gelangt man bei einer solchen Betrachtungsweise sehr schnell auf große begriffliche Schwierigkeiten, wenn man berücksichtigt, dass es aus folgenden Gründen keine feste Plattform gibt: Die Enden des Parallelogramms, die sich auf der Seite des Transportwagens befinden und eigentlich die feste Plattform bilden sol¬ lten, bewegen sich ja bezüglich der tatsächlich festen Plattform, die durch den Fußpunkt des Schwenkarmes gebildet ist, ebenfalls. Es liegt also auch hier ein serieller kinematischer Abschnitt im Bereich einer teilweisen parallelen Kinematik vor.These rotations are made on the one hand by a crank and on the other hand by a Gelenkparallelogramm, which causes the rotation of the body around the end of the crank to which it is attached. Thus, this kinematics can be regarded as a kind of rotational parallel kinematics, but such an approach quickly leads to great conceptual difficulties, considering that there is no firm platform for the following reasons: The ends of the parallelogram which are themselves located on the side of the trolley and should actually form the solid platform, so move with respect to the actually solid platform, which is formed by the base of the swing arm, also. So here too there is a serial kinematic section in the area of a partial parallel kinematics.
Die WO 03/004223 A, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme dem Inhalt dieser Anmel¬ dung einverleibt wird, ist ein umfangreiches Pamphlet, das eine ganz erstaunliche Vorrich¬ tung betrifft, nämlich eine zentralsymmetrische, parallele Stabkinematik, die durch Fußpunktverschiebung betätigt wird. Zusätzlich weist das dargestellte Ausführungsbeispiel einen Drehmechanismus für eine Werkzeugplattform auf der beweglichen Plattform auf, dieser seriell ausgebildete Drehmechanismus wird durch eine Drehstange und einen Motor über eine entsprechende Kupplung betätigt. Es wird auch auf die Möglichkeit eingegangen, kinematisch überbestimmte Systeme zu verwenden und Fußpunktmechanismen in Korn- bination mit längenveränderlichen Aktuatoren einzusetzen. Der Aufbau dieser Vorrichtung ist folgender: An der festen Plattform sind zentral symmetrisch sechs vertikale Schienen für die Verschiebung der Fußpunkte vorgesehen. Drei Stäbe sind länger, drei kürzer ausgebildet, die kürzeren greifen an einem „tiefer" liegenden Bereich der beweglichen Plattform an und sind um 60° bezüglich der längern Stäbe versetzt.WO 03/004223 A, the content of which is hereby incorporated by reference into the content of this application, is an extensive pamphlet which relates to a quite astonishing device, namely a centrally symmetric, parallel rod kinematics which is actuated by a base point displacement. In addition, the illustrated embodiment has a rotating mechanism for a tool platform on the movable platform, this serially formed rotating mechanism is actuated by a rotary rod and a motor via a corresponding clutch. The possibility of using kinematic overdetermined systems and foot-point mechanisms in grain combination with variable-length actuators. The structure of this device is as follows: On the fixed platform centrally symmetrical six vertical rails for the displacement of the foot points are provided. Three bars are longer, three shorter, the shorter ones engage a "lower" area of the movable platform and are offset by 60 ° with respect to the longer bars.
Damit erreicht man eine im wesentlichen entlang der Zentralachse verfahrbare bewegliche Plattform, was auch durch die Fig. 4 dieser Druckschrift belegt wird. Diese zeigt die Anordnung der oben beschriebenen Konfiguration, um sie beweglicher zu gestalten, auf einer Stuartplattform, somit die serielle Kopplung zweier Parallelkinematiken. Es wird aber bei dieser Ausführungsform interessanterweise die Bewegung der einen Parallel¬ kinematik überhaupt nicht zur Bewegung der anderen verwendet, d.h. die gesamte Bewegung der zweiten Parallelkinematik erfolgt von sich heraus auf der Zwischen¬ plattform, sodass hier eigentlich nur eine Aggregation und keine Kombination vorliegt.This achieves a substantially movable along the central axis movable platform, which is also occupied by Fig. 4 of this document. This shows the arrangement of the configuration described above to make it more mobile, on a Stuartplattform, thus the serial coupling of two parallel kinematics. Interestingly, in this embodiment, however, the movement of a parallel kinematics is not used at all for the movement of the others, i. The entire movement of the second parallel kinematics takes place on its own on the intermediate platform, so that there is actually only one aggregation and no combination.
Die WO 03/059581 A, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme dem Inhalt dieser Anmel¬ dung einverleibt wird, betrifft eine originelle Kinematik, die auf der Basis der Fußpunkt¬ verschiebung arbeitet, wobei verschiedene Kraftecke bzw. -scheren vorgesehen sind. Unter einem Krafteck sind zwei an einem gemeinsamen Punkt angreifende Stäbe bzw. Aktuatoren zu verstehen, unter Kraftschere bzw. kurz Schere ein Krafteck mit zumindest einem Aktuator. Bei dieser Druckschrift weisen die Kraftecke bzw. -scheren aber ihr Doppelgelenk nicht an der beweglichen Plattform auf, sondern an Aktuatoren, die die Fußpunktverschiebung bewirken. Diese Aktuatoren arbeiten im wesentlichen rotatorisch, sodass letztlich durch die besondere Ausbildung der Fußpunktverschiebung wieder ein serielles Element in die Kinematik eingebracht wird. Dies geht auch aus einem Vergleich der Fig. 2 und 3 hervor, da die Fig. 3 die Fußpunktverschiebung in fast perfekter Analogie zur vorstehend abgehandelten WO 03/004223 A zeigt.WO 03/059581 A, the contents of which are hereby incorporated by reference into the content of this application, relates to an original kinematics which operates on the basis of the base point shift, wherein different force corners or shears are provided. Under a force corner are two attacking at a common point rods or actuators to understand under power scissors or short scissors, a force with at least one actuator. In this document, the force corner or scissors but their double joint not on the movable platform, but on actuators that cause the Fußpunktverschiebung. These actuators operate essentially rotationally, so that ultimately a serial element is introduced into the kinematics by the special design of the Fußpunktverschiebung. This is also apparent from a comparison of FIGS. 2 and 3, since FIG. 3 shows the base shift in almost perfect analogy to WO 03/004223 A discussed above.
Für die Bewegung größerer Lasten bzw. das Übertragen größerer Kräfte ist aus dieser Druckschrift nichts Vorbildhaftes zu entnehmen, da die Umleitung der Kräfte zwischen den beweglichen Fußpunkten und den Aktuatoren, die diese Fußpunktbewegung durchführen, noch mehr zwischen den Hebeln, die die Fußpunktverschiebung besorgen und ihrer Haltestange extrem ungünstig ist. Auch für größere Arbeitsbereiche ist diese Vorrichtung nicht zu verwenden, da ihr relativer Platzbedarf (Verhältnis Platzbedarf/ Arbeitsvolumen) sehr groß ist.For the movement of larger loads or the transfer of greater forces from this document nothing exemplary can be seen, since the redirection of the forces between the movable base points and the actuators that perform this Fußpunktbewegung even more between the levers that get the Fußpunktverschiebung and their Handrail is extremely unfavorable. This is also for larger work areas Device not to use, since their relative space requirement (space requirement / working volume) is very large.
Einen hervorragenden Überblick über die geschichtliche Entwicklung und die Grundlagen der parallelkinematischen Vorrichtungen samt Angabe der wichtigsten Patente gibt Illian Bonev im Artikel „The True Origins of Parallel Robots" auf der Homepage http://www.parallemic.org des „The Parallel Mechanisms Information Center".An excellent overview of the historical development and the basics of parallel kinematic devices, including the most important patents, can be found in the article "The True Origins of Parallel Robots" on the homepage http://www.parallemic.org of "The Parallel Mechanisms Information Center" ".
All die oben genannten Probleme und Unzulänglichkeiten realer parallelkinematischer Vorrichtungen in der Praxis sind wohl die Gründe dafür, dass trotz der genannten und anerkannten Vorteile der erste Prototyp einer Werkzeugmaschine mit Parallelkinematik erst 1994 auf der IMTS in Chicago vorgestellt wurde.All of the above-mentioned problems and shortcomings of practical parallel kinematic devices in practice are probably the reasons why, despite the aforementioned and recognized advantages, the first prototype of a parallel-kinematical machine tool was not introduced until 1994 at the IMTS in Chicago.
Bei näherer Betrachtung fällt auch auf, dass die Parallelkinematik unter dem Problem leidet, nur geringe Schwenkwinkel zuzulassen, da ansonsten die Stäbe einander ins Gehege kommen, und dass es Stellungen zwischen den beiden Plattformen gibt, bei denen dieOn closer inspection, it is also noticeable that the parallel kinematics suffers from the problem of allowing only slight pivoting angles, otherwise the bars come into each other's enclosure, and that there are positions between the two platforms in which the
Parallelkinematik eine Position einnimmt, die einer sogenannten Singularität entspricht, aus der sie nicht mehr von sich aus gelöst werden kann. Auch der große relativeParallel kinematics takes a position that corresponds to a so-called singularity, from which it can not be solved by itself. Also the big relative
Platzbedarf der Parallelkinematik gemäß dem Stand der Technik ist zu erwähnen, so benötigen noch im Jahr 2003 fertig entwickelte und produzierte Werkzeugmaschinen die einen Arbeitsraum von 0,6 x 0,6 x 0,6 m aufweisen, eine Kubatur von 3,5 x 3,5 x 3,5 m.Space requirement of the parallel kinematics according to the prior art is to mention, so even in 2003 fully developed and produced machine tools have a working space of 0.6 x 0.6 x 0.6 m, a cubature of 3.5 x 3, 5 x 3.5 m.
Trotz dieser Nachteile kommt die Parallelkinematik für viele Anwendungsgebiete, insbe¬ sondere wenn hohe Bewegungsdynamik und hohe Wiederholgenauigkeiten der anzufah- renden Positionen bzw. der zu befahrenden Wege verlangt werden und ganz speziell, wenn diese Anforderungen mit der Notwendigkeit hoher Steifigkeit der Konstruktion einhergeht, mehr und mehr zur Anwendung. Dabei hat das hervorragende Verhältnis von bewegbarer Last zu Eigengewicht, das bis 2:1 reicht, während serielle Kinematik nur 1 :20 erzielt, und so zu merklicher Energieersparnis führt, einen wesentlichen Anteil am Wunsch, die parallele Kinematik vermehrt einzusetzen.Despite these disadvantages, the parallel kinematics come for many applications, in particular when high dynamics of movement and high repeatability of the positions to be traveled or the paths to be traveled are required and especially, if these requirements are accompanied by the need for high rigidity of the design, more and more for the application. The outstanding ratio of moveable load to dead weight, which reaches up to 2: 1, while serial kinematics achieve only 1:20, resulting in noticeable energy savings, has played an important part in the desire to increasingly use parallel kinematics.
Dazu kommt noch, dass die einzelnen Teile der Parallelkinematiken nur eine geringe mechanische Komplexität aufweisen und dass in vielen Fällen für alle oder zumindest eine Mehrzahl der abzudeckenden Freiheitsgrade identische Bauteile verwendet werden kön¬ nen, sodass der Aufbau der Parallelkinematiken an sich einfach und kostengünstig ist.In addition, the individual parts of the parallel kinematics have only a low mechanical complexity and that in many cases for all or at least one The plurality of degrees of freedom identical components can be used kön¬ NEN, so that the structure of the parallel kinematics in itself is simple and inexpensive.
Im Hinblick auf diesen einfachen und modularen Aufbau, aber auch für die anderen genannten Eigenschaften wird auf den sogenannten DELTA-Roboter, das Hexapod und den IRB 940 Tricept verwiesen.With regard to this simple and modular structure, but also for the other mentioned properties, reference is made to the so-called DELTA robot, the Hexapod and the IRB 940 Tricept.
Eine mit dem schon damals lange bekannten Hexapod kinematisch vollständig identische Konstruktion, die dennoch patentiert wurde, ist aus der EP 1 095 549 B, entsprechend der DE 199 51 840 A, bekannt: Sie betrifft eine Dreipunkt- Anhängevorrichtung für ein Zug¬ fahrzeug, die mittels sechs in ihrer Länge verstellbaren Stäben in sechs Freiheitsgraden bezüglich des Zugfahrzeuges bewegt werden kann. Im Sinne der Nomenklatur dieser Beschreibung entspricht das Zugfahrzeug der festen Plattform und die Anhängevorrichtung der beweglichen Plattform.A structure which is kinematically completely identical to the hexapod, which was at that time long known, but which was nevertheless patented, is known from EP 1 095 549 B, corresponding to DE 199 51 840 A: It relates to a three-point hitch for a towing vehicle which can be moved by means of six adjustable in length bars in six degrees of freedom with respect to the towing vehicle. For the purpose of the nomenclature of this description, the towing vehicle corresponds to the fixed platform and the hitch of the mobile platform.
Eine Anwendung der Parallelkinematik auf sogenannte Mikromanipulatoren mit Bewe¬ gungsbereichen von wenigen Millimetern oder noch darunter, dafür aber hoher Anfahr¬ genauigkeit, ist aus den aus einer gemeinsamen Anmeldung hervorgegangenen US 6,671,975 B und US 6,769,194 B bekannt. Die Vorrichtung beruht auf dem Hexapod und verbessert die Präzision der Längenänderungen der Stäbe durch den Einsatz von Piezoelementen.An application of parallel kinematics to so-called micromanipulators with ranges of motion of a few millimeters or even below, but high starting accuracy, is known from the US Pat. No. 6,671,975 B and US Pat. No. 6,769,194 B, which originate from a joint application. The device is based on the Hexapod and improves the precision of the length changes of the rods by the use of piezo elements.
Eine besondere Art der Kinematik, die nicht unter die Parallelkinematik fällt, aber wegen ihrer Weiterentwicklung genannt werden soll, ist aus der Praxis bekannt, in Fig. 94 der vorliegenden Beschreibung dargestellt und wird weiter unten ausführlicher behandelt: Es handelt sich um einen Roboter mit einer um eine vertikale Achse drehbaren „festen Plattform". Auf dieser festen Plattform ist, um eine horizontale Achse mittels eines Motors schwenkbar, ein im wesentlichen zwischen vertikaler Lage und fast horizontaler Lage verschwenkbarer Tragarm angeordnet, an dessen freiem Ende ein Werkzeughalter um eine zur genannten horizontalen Achse parallele Achse verschwenkbar montiert ist. Bei üblichen Robotern dieses Aufbaues, beispielsweise von KUKA, ist ein Stellmotor zwischen Arm und Werkzeughalter vorgesehen, der die Winkellage bestimmt. Beim einem ähnlichen vorbekannten Roboter von ABB, in der vorliegenden Beschreibung anhand der Fig. 95 näher erläutert, ist zur Vermeidung der Anordnung des Gewichtes des Stellmotors am bewegten Werkzeughalter der Stellmotor am unteren Ende des Armes angeordnet und betätigt über einen Radialstummel einen Stellarm, der parallel zum Tragarm verläuft und an passender Stelle des Werkzeughalters gelenkig angreift. Dadurch könnten der Stellarm und der Tragarm als Stäbe und der Werkzeughalter als bewegliche Plattform angesehen werden, wobei aber die Bewegung und Positionierung durch reine Drehmomentbelastung der Stäbe (zu der dann noch die eigentliche Last als Druck- bzw. Biegebelastung kommt) erreicht wird, sodass hier trotz der Stäbe und der Art ihrer Anordnung eine rotatorische Parallelkinematik (wenn überhaupt eine Parallelkinematik), ähnlich der in der oben genannten US 5,966,991 A beschriebenen, vorliegt.A particular type of kinematics that does not fall under the parallel kinematic but is to be cited for its further development is known in the art, illustrated in FIG. 94 of the present specification and will be discussed in more detail below: It is a robot with a On this fixed platform, pivotable about a horizontal axis by means of a motor, a substantially pivotable between vertical position and almost horizontal position support arm is arranged at the free end of a tool holder to one of said horizontal In the case of conventional robots of this design, for example by KUKA, a servomotor is provided between the arm and the tool holder, which determines the angular position. In a similar known robot from ABB, explained in more detail in the present description with reference to FIG. 95, the servomotor is arranged at the lower end of the arm to avoid the arrangement of the weight of the servomotor on the moving tool holder and actuated via a radial stub an actuating arm which is parallel extends to the support arm and hinged at a suitable point of the tool holder. Thus, the actuator arm and the support arm could be considered as rods and the tool holder as a movable platform, but the movement and positioning by pure torque load of the rods (then the actual load as pressure or bending load) is achieved, so here despite the bars and the nature of their arrangement, there is a rotary parallel kinematic (if any parallel kinematic) similar to that described in the above-referenced US 5,966,991A.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Ziel der Erfindung, eine Parallelkinematik für die eingangs genannten Anwendungsgebiete zu schaffen, die auf der Kombination von Aktuatoren (durch Fusspunktverschiebung wirkende Stäbe konstanter Länge oder längenveränderliche Stäbe, gegebenenfalls auch längenveränderliche Seile oder andere Zugmittel) und passiven Stäben beruht, wobei insbesondere die Probleme der komplexen Steuerung und der Lagerung vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden soll.Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a parallel kinematic for the application areas mentioned above, based on the combination of actuators (rods acting by Fußpunktverschiebung constant length or variable-length rods, possibly also variable-length ropes or other traction means) and passive rods in particular, the problems of complex control and storage should be avoided or at least significantly reduced.
Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass in der kinematischen Kette zumindest an einer Stelle drei Stäbe mittelbar oder unmittelbar an einem Punkt, einem sogenannten Tripelpunkt, bzw. Pseudo-Tripelpunkt, angreifen bzw. enden. Dadurch sind die linearen Freiheitsgrade definiert, die mathematische Lösung der Steuerung wird geschlossen, damit gegenüber den offenen Lösungen gemäß dem Stand der Technik wesentlich, meist um den Faktor eintausend, vereinfacht, und ist beispielsweise über die Winkelfunktionen darstell¬ bar. Dies ermöglicht auch auf einfache Weise eine „Vorsteuerung" der Bewegung. Darüber hinaus wird der Bewegungsablauf der kinematischen Ketten auch wesentlich anschaulicher und es können ohne komplexe Analysen die Fragen der Kollision der einzelnen Bauteile und des Auftretens von Singularitäten beurteilt werden.According to the invention, this is achieved by the fact that in the kinematic chain, at least at one point, three bars act or end directly or indirectly at one point, a so-called triple point or pseudo-triple point. As a result, the linear degrees of freedom are defined, the mathematical solution of the control is closed, thereby substantially, compared to the open solutions according to the prior art, usually by a factor of one thousand, simplified, and is for example on the trigonometric Darstell¬ bar. In addition, the motion sequence of the kinematic chains also becomes much clearer, and the questions of the collision of the individual components and the occurrence of singularities can be assessed without complex analyzes.
Die Bezeichnung mittelbar oder unmittelbar wurde gewählt, da es für die praktische tech¬ nische Ausführung völlig reicht, wenn einer (oder zwei) der drei Stäbe knapp am Ende eines der anderen beiden Stäbe angreift oder alle drei in unmittelbarer gegenseitiger Nachbarschaft an der Plattform angelenkt sind oder wenn andere Kombinationen der Möglichkeiten der Anordnung der Angriffspunkte vorliegen.The term direct or indirect was chosen, since it suffices for the practical technical execution completely, if one (or two) of the three bars attacks just at the end of one of the other two bars or all three in direct mutual Neighborhood are hinged to the platform or if there are other combinations of the possibilities of arranging the attack points.
Dadurch wird zwar in einem Stab ein Biegemoment induziert, doch vereinfacht sich die praktische Ausführung des Lagers und es werden dessen mögliche Schwenkwinkel deutlich erhöht, ohne der Vereinfachung der Rechenarbeit oder der Grundlage der Erfindung, nämlich der Definition der linearen Freiheitsgrade, Abbruch zu tun. Bei Tripelpunkten kann je nach Bewegung des passend definierten Kraftecks entweder ein echter Doppelpunkt in Kombination mit einem Angriffspunkt des dritten Stabes in der Nähe des Doppelpunktes oder ein einfacher Angriffspunkt mit zwei in dessen Nähe am ersten Stab angreifenden Stäben ausgebildet sein. In Sonderfällen können auch zwei oder alle drei Stäbe in nächster Nähe an der beweglichen Plattform angreifen, dann kann zwar auf eine iterative Rechnung nicht gänzlich verzichtet werden, aber diese betrifft nur kleine Winkel/Wege und ist um Größenordnungen einfacher und schneller als im Stand der Technik.Although a bending moment is thereby induced in a rod, the practical design of the bearing is simplified and its possible pivoting angles are significantly increased, without aborting the simplification of the arithmetic work or the basis of the invention, namely the definition of the linear degrees of freedom. For triple points, depending on the movement of the suitably defined power corner, either a true colon may be formed in combination with a point of attack of the third bar near the colon, or a simple point of attack with two bars engaging in the vicinity of the first bar. In special cases, two or all three bars can attack in close proximity to the movable platform, then although an iterative calculation can not be completely dispensed with, but this concerns only small angles / paths and is orders of magnitude simpler and faster than in the prior art ,
Wenn diese mittelbare Ausführung bei Tripelpunkten im Bereich der festen Plattform ver¬ wendet wird, so gehen die mathematischen Vorteile teilweise verloren, da die Lage des Fußpunktes des so angebundenen Stabes sich mit der Lage des Stabes, an dem er angelenkt ist, ändert. Die mechanischen Vorteile, insbesondere das Lager betreffend, bleiben aber voll erhalten. Es kann gegebenenfalls nach der geschlossenen Lösung für den Tripelpunkt eine iterative Berechnung der exakten Endlage erfolgen, doch betrifft dies ausschließlich kurze Wege und ist daher auch iterativ ohne großen Aufwand und jedenfalls ohne die oben genannten Probleme möglich. Aus mechanischen Gründen ist es bevorzugt, dass der auf Biegung belastete Stab derjenige sein sollte, der nach Analyse des zugrunde liegenden Problems sich als der am geringsten belastete der gesamten kinematischen Vorrichtung, oft einfach „Kinematik" genannt, herausstellt.If this indirect design is used at triple points in the area of the fixed platform, the mathematical advantages are partly lost since the position of the base of the bar connected in this way changes with the position of the bar on which it is articulated. The mechanical advantages, in particular the bearing concerning, but fully maintained. It may optionally be carried out after the closed solution for the triple point an iterative calculation of the exact end position, but this concerns only short ways and is therefore iteratively possible without much effort and in any case without the above problems. For mechanical reasons, it is preferred that the rod subjected to flexing should be that which, after analyzing the underlying problem, turns out to be the least loaded of the entire kinematic device, often simply called "kinematics".
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, eine sogenannte überdefi- nierte bzw. überbestimmte Kinematik zu verwenden. Damit erreicht man eine Erhöhung der Steifigkeit der Vorrichtung, kann die bewegliche Plattform, was oft günstig ist, leichter und damit weniger steif bauen, weil sie durch die überbestimmte Fixierung stabilisiert wird und weil dies, zumindest in einem gewissem Ausmaß, notwendig ist, um die Toleranzen der überbestimmten Führung auszugleichen und so Beschädigungen der Lager bzw. der Aktuatoren (Antriebe, Getriebe und ausführende Organe in ihrer Gesamtheit) zu verhin¬ dern.An advantageous development of the invention is to use a so-called over-defined or over-determined kinematics. In order to increase the rigidity of the device, the movable platform, which is often favorable, can be lighter and thus less rigid, because it is stabilized by overdetermined fixation and because, at least to some extent, this is necessary tolerances to compensate for the overdetermined guidance and thus to prevent damage to the bearings or the actuators (drives, transmissions and executive bodies in their entirety).
Eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung, die mit der vorstehend genannten nicht in Widerspruch steht, besteht darin, durch Lager für einzelne Stäbe, die keine allseitige Bewegung zulassen (Kardangelenk statt sphärischer Lagerung), Stäbe „einzusparen" und dafür Biegebeanspruchungen in Kauf zu nehmen. Diese zusätzliche mechanische Bean¬ spruchung ist bei vielen Anwendungsgebieten, bei denen keine großen Kräfte auftreten, z.B. bei der Führung eines Laserkopfes zum Schneiden von Material, leicht zu beherrschen und reduziert den Aufwand und Platzbedarf nochmals.A further advantageous variant of the invention, which does not conflict with the above, is to "save" by means of bearings for individual rods that do not allow all-round movement (universal joint instead of spherical bearing), and to accept bending stresses for this purpose. This additional mechanical stress is easy to master in many fields of application in which no large forces occur, for example in the guidance of a laser head for cutting material, and reduces the effort and space required once more.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, nach der Festlegung der drei in einem Tripelpunkt zusammenlaufenden Stäbe die anderen drei notwendigen Stäbe gemäß den speziellen Systemanforderungen anzuordnen und auszuwählen. Besonders günstig ist es hier, ein weiteres Zeigerpaar bzw. Krafteck (zwei Stäbe, die in einem Punkt angreifen) und einen Einzelstab vorzusehen. Damit reduziert sich der für die Steuerung der Bewegung notwendige mathematische Aufwand nochmals dramatisch und in mechanischer Hinsicht erlaubt eine solche Anordnung den Einsatz von Gleichlaufelementen, Führungen etc..A further embodiment of the invention is to arrange and select the other three necessary bars according to the specific system requirements after the determination of the three converging in a triple point rods. It is particularly favorable here to provide a further pair of pointers or force (two rods that attack at one point) and a single rod. Thus, the mathematical effort necessary for the control of the movement reduces dramatically again and in mechanical terms, such an arrangement allows the use of synchronizing elements, guides, etc ..
In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen wird zur besseren Lesbarkeit immer von einem „Tripelpunkt" gesprochen, es sei denn, es wird speziell die nahe des Punktes angreifenden Variante, der sogenannte „Pseudo-Tripelpunkt" erläutert oder wenn die Unterschiede zwischen Tripelpunkt und Pseudo-Tripelpunkt eine erwähnenswerte Rolle spielen.In the following description and claims, a "triple point" is always used for better readability, unless the variant approaching near the point, the so-called "pseudo-triple point" is specifically explained or if the differences between triple point and pseudo-point Triple point play a notable role.
In einer Anzahl von Fällen können einzelne oder mehrere Stäbe und/oder Aktuatoren durch Zugmittel wie Seile, Ketten, Bänder, etc. ersetzt werden, dies ändert nichts an der Erfin¬ dung an sich. Es spielt auch in zahlreichen Anwendungsfällen keine Rolle, ob einzelne oder mehrere Aktuatoren als längenveränderliche Stäbe oder als Stäbe konstanter Länge, aber mit Fußpunktverschiebung (seltener Kopfpunktverschiebung, wegen des steigenden mathematischen Aufwandes) verwendet werden. Der Fachmann auf dem Gebiet der Parallelkinematik kann in Kenntnis der Erfindung die entsprechende Auswahl leicht vornehmen, in der Beschreibung und den Ansprüchen wird daher nicht näher darauf eingegangen.In a number of cases, one or more rods and / or actuators can be replaced by traction means such as ropes, chains, belts, etc., this does not change the invention itself. It also does not matter in many applications, whether single or multiple actuators are used as variable-length rods or rods of constant length, but with Fußpunktverschiebung (rare head shift, because of the increasing mathematical effort). The expert in the field of parallel kinematics, knowing the invention, can easily make the appropriate choice make in the description and claims will therefore not be discussed in more detail.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen: die Fig. 1-7 rein schematisch verschiedene Grundausbildungen der Erfindung, die Fig. 8 einen Tripelpunkt, die Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht eines Details des Tripelpunktes der Fig. 8, die Fig. 10 eine Variante eines Pseudotripelpunktes in einer Ansicht entsprechend der Ansicht der Fig. 8, die Fig. 11 ein Detail der Fig. 10, die Fig. 12-24 erfindungsgemäße Varianten von Hubtischen, die Fig. 25-32 erfindungsgemäße Varianten einer Hängebahn, die Fig. 33-38 eine erste Variante eines Hubroboters, die Fig. 39-42 eine zweite Variante eines Hubroboters, die Fig. 43-49 eine Kinematik mit Knickarm in einem ersten Betriebsmodus, die Fig. 50-53 die vorstehende Kinematik in einem zweiten Betriebsmodus, die Fig. 54-64 eine erste Weiterbildung der Kinematik mit Knickarm, die Fig. 65-68 eine zweite Weiterbildung der Kinematik mit Knickarm, die Fig. 69-71 eine dritte Weiterbildung der Kinematik mit Knickarm, die Fig. 72-79 eine erste Variante einer zweistufigen Kinematik mit Knickarm, die Fig. 80-90 eine zweite Variante einer zweistufigen Kinematik mit Knickarm, die Fig. 91 eine erste Variante mit besonders ausgebildeter beweglicher Plattform, die Fig. 92 eine zweite Variante mit besonders ausgebildeter beweglicher Plattform, die Fig. 93 eine dritte Variante mit besonders ausgebildeter beweglicher Plattform, die Fig. 94-95 Roboter gemäß dem Stand der Technik, die Fig. 96-97 einen ersten, erfmdungsgemäßen Roboter, die Fig. 98-99 eine erste Ausgestaltung des ersten Roboters, die Fig. 100 eine zweite Ausgestaltung des ersten Roboters, die Fig. 101 eine Kombination der beiden Ausgestaltungen, die Fig. 102-105 eine erste Variante eins zweiten Roboters, die Fig. 106-108 eine zweite Variante des zweiten Roboters, die Fig. 109-112 eine besonders torsionssteife Kinematik, die Fig. 113-117 eine erste Ausgestaltung der torsionssteifen Kinematik, die Fig. 118-122 eine zweite Ausgestaltung der torsions steifen Kinematik, die Fig. 123-127 eine Kombination der beiden letztgenannten Ausgestaltungen, die Fig. 128-132 eine erste Ausgestaltung einer besonderen torsionssteifen Kinematik und die Fig. 133-137 eine Weiterbildung der letztgenannten Ausgestaltung.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. FIG. 8 shows a triple point, FIG. 9 shows an enlarged view of a detail of the triple point of FIG. 8, FIG. 10 shows a variant of a pseudo-triplet point in a view corresponding to the view of FIG. 8, FIG. 11 a detail of FIG. 10, FIG. 12-24 variants of lift tables according to the invention, FIG. 25-32 variants of a monorail according to the invention, FIGS. 33-38 a first variant of a lifting robot, Figs. 39-42 a second variant of a lifting robot, Fig. 43-49 a kinematics with articulated arm in a first operating mode, Fig. 50-53 the above kinematics in a second operating mode, Fig. 54-64 a first development of kinematics with articulated arm, Figs. 65-68 a second development of kinematics with articulated arm, Figs. 69-71 a third development of kinematics with articulated, Figs. 72-79 a first variant of a two-stage Kinematic with a bent arm, Figs. 80-90 a second variant of a two-stage kinematics with articulated arm, Fig. 91 a first variant with a specially designed movable platform, Fig. 92 shows a second variant with a specially designed movable platform, Fig. 93 a 94-95 robot according to the prior art, FIGS. 96-97 a first robot according to the invention, FIGS. 98-99 a first embodiment of the first robot, FIG. 100 a second embodiment of the first robot, Fig. 101 shows a combination of the two embodiments, Fig. 102-105 a first variant of a second robot, Fig. 106-108 a second variant of the second robot, Fig. 109-112 a particularly torsionally stiff kinematics, 113-117 a first embodiment of the torsionally rigid kinematics, Figs. 118-122 a second embodiment of torsionally stiff kinematics, Figs. 123-127 a combination of the two latter embodiments, Figs. 128-132 a first embodiment of a particular torsionally stiff kinematics and Figs. 133-137 a development of the latter embodiment.
Prinzipielle Erläuterung des Grundfiedankens der Erfindung:Basic explanation of the basic principle of the invention:
In Fig. 1 ist eine rein schematische Darstellung einer erfmdungsgemäßen Parallelkinematik dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet wird. Wie eingangs der Beschreibung erläutert, verbindet eine solche Kinematik eine feste Plattform 2 mit einer beweglichenIn Fig. 1 is a purely schematic representation of an inventive parallel kinematics is shown, which is designated in its entirety by 1. As explained at the beginning of the description, such a kinematics connects a fixed platform 2 with a movable one
Plattform 3, wobei, im Gegensatz zur seriellen Kinematik, keine Zwischenplattformen vorgesehen sind. Die Bezeichnung „feste Plattform" bedeutet nicht notwendigerweise, dass diese in einem Inertialsystem ruht, es wird durch diese Bezeichnung nur unterschieden, von welcher Plattform ausgehend die Bewegung innerhalb des betrachteten Systems erfolgt.Platform 3, wherein, in contrast to the serial kinematics, no intermediate platforms are provided. The term "fixed platform" does not necessarily mean that it rests in an inertial system, it is only distinguished by this designation, from which platform the movement takes place within the considered system.
Auf diese Weise erreicht man es, dass die Gesamtkinematik bei der Parallelkinematik aus geschlossenen Ketten besteht, d.h. es gibt verschiedene geschlossene Systeme von Stäben, die auf einem Weg von einer Plattform zur anderen und auf einem anderen Weg wieder zurück von dieser anderen Plattform zur einen gehen. Dies ist, man denke nur an die Werkzeugführung einer Drehbank, bei der seriellen Kinematik völlig ausgeschlossen und mit ein Grund für die höhere Steifigkeit aber auch die komplexere Bewegungsmathematik der Parallelkinematiken. Erfϊndungsgemäß wird nun diese Komplexität, ohne auf die Vorteile der Parallelkinematik zu verzichten, dadurch drastisch verringert, dass zumindest ein Anlenkpunkt vorgesehen wird, von dem drei Stäbe ausgehen.In this way one achieves that the total kinematics in parallel kinematic consists of closed chains, i. there are several closed systems of bars that go one way from one platform to another and back again from that other platform on one way. This is, one only thinks of the tool guidance of a lathe, in the case of serial kinematics completely excluded and with a reason for the higher stiffness but also the more complex motion mathematics of parallel kinematics. According to the invention, this complexity is drastically reduced without dispensing with the advantages of parallel kinematics in that at least one articulation point is provided, from which three rods originate.
In Fig. 1 ist eine Parallelkinematik 1 dargestellt, bei der eine feste Plattform 2 mittels sechs Stäben Sl bis S6 mit einer beweglichen Plattform 3 verbunden ist. Diese Parallelkinematik 1 verfügt über einen sogenannten Tripelpunkt P3, er ist auf der beweglichen Plattform 3 vorgesehen. Durch das Ausbilden des dreifachen Punktes P3 wird aus den dort angelenkten Stäben Sl, S2 und S5 ein Gebilde geschaffen das als „Zeigerpaar" oder „Krafteck" bezeichnet wird und über einen zusätzlichen Stab verfügt. De facto werden in diesem Punkt eigentlich drei Zeigerpaare gebildet, nämlich jeweils die Kombination S1-S2, S1-S5 und S2-S5. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist ein weiteres Zeigerpaar vorgesehen, das von den Stäben S3 und S4 gebildet wird, die beide im Punkt P2, der, so wie der Punkt P3, auf der beweglichen Plattform 3 angeordnet ist. Ein weiterer Doppelpunkt, P2' wird auf der festen Plattform 2 von den Stäben S4 und S5 ausgebildet.In Fig. 1, a parallel kinematic 1 is shown, in which a fixed platform 2 is connected by means of six bars Sl to S6 with a movable platform 3. This parallel kinematics 1 has a so-called triple point P3, it is provided on the movable platform 3. By forming the triple point P3, a structure is created from the rods S1, S2 and S5 articulated there, which is referred to as a "pointer pair" or "force corner" and has an additional rod. De facto be in this Point actually three pointer pairs formed, namely in each case the combination S1-S2, S1-S5 and S2-S5. In the illustrated embodiment, a further pair of pointers is provided, which is formed by the rods S3 and S4, both at the point P2, which, like the point P3, is arranged on the movable platform 3. Another colon, P2 'is formed on the fixed platform 2 by the bars S4 and S5.
Durch passende Anordnung der jeweils „anderen" Enden (Fußpunkte) der Stäbe Sl, S4 bzw. S2, S3 bleiben diese beiden Zeigerpaare bei einer ganzen Reihe von in der Technik üblichen Anwendungen und Bewegungen stets zueinander in paralleler Lage und können daher auch einer gemeinsamen Bewegungsbeschreibung und somit Regelung unterworden werden.By appropriate arrangement of each "other" ends (feet) of the bars Sl, S4 and S2, S3 remain these two pairs of pointers in a whole set of common in the art applications and movements always in parallel to each other and therefore can also a common motion description and thus be subject to regulation.
Der letzte, einzeln, angeordnete Stab S6, der ohne Beschränkung der Allgemeinheit in der dargestellten Position normal zwischen den beiden Plattformen verläuft, bestimmt nun den letzten Freiheitsgrad und definiert die Lage der beweglichen Plattform 3 gegenüber der festen Plattform 2 endgültig.The last, individually arranged bar S6, which runs without restriction of generality in the position shown normal between the two platforms, now determines the last degree of freedom and defines the position of the movable platform 3 relative to the fixed platform 2 final.
Wenn man das so aufgebaute Gebilde nun von seiner Kinematik her betrachtet, so ergibt sich klar, dass durch die jeweilige Länge der Stäbe Sl, S2 und S 5 die Lage des Punktes P3 (immer, ohne dass es in der weiteren Beschreibung stets angeführt wird, gegenüber der festen Plattform 2, sei diese nun tatsächlich Teil eines Inertialsystems oder ihrerseits in einem solchen beweglich) eindeutig definiert ist, und dass die jeweilige Länge der anderen drei Stäbe S3, S4 und S6 die Winkellage der beweglichen Plattform definiert.If the structure thus constructed is now viewed from its kinematics, it is clear that the position of the point P3 (always, without it being specified in the further description) is always given by the respective length of the bars S1, S2 and S5. relative to the fixed platform 2, whether it is actually part of an inertial system or in turn movable in such a way), and that the respective length of the other three rods S3, S4 and S6 defines the angular position of the movable platform.
Da die praktische Ausbildung eines Lagers, in dem drei Stäbe sphärisch fixiert sein sollen, aufwendig ist (Fig. 9) und durch die notwendigen Lagerflächen die zulässigen Schwenk¬ winkel der drei Stäbe stark eingegrenzt sind, gibt es in der Praxis noch keine 3-2-1 Kinematik, die eingangs genannten theoretischen Abhandlungen fanden keinen Widerhall. Es ist für die technische Anwendbarkeit aber nach einem grundlegenden Aspekt der Erfindung ohne weiteres möglich und zulässig, und wird als mechanisch vollwertige Alternative angesehen, einen der drei Stäbe an einem anderen der drei Stäbe angreifen zu lassen (Alternativpunkt A), wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die mechanische Beanspruchung des Stabes, an dem der andere angreift (im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der Stab Sl), kann durch die in der Beschreibungseinleitung angegebenen Maßnahmen in zulässigen Grenzen gehalten werden, die mathematischen Vereinfachungen bleiben so gut wie zur Gänze erhalten und die Problematik der Lagerung der Stäbe an der Plattform wird völlig umgangen. In der Beschreibung und den Zeichnungen wird diese Ausbildung des Tripelpunktes P3 als Pseudotripelpunkt P'3 bezeichnet, auf die Unterschiede wird nur dort eingegangen, wo sie von Bedeutung sind oder im einzelnen erläutert werden.Since the practical design of a bearing in which three rods are to be spherically fixed is expensive (FIG. 9) and the permissible pivot angles of the three rods are strongly limited by the necessary bearing surfaces, in practice there is still no 3-2 -1 Kinematics, the theoretical treatises mentioned at the beginning did not echo. However, it is readily possible and permissible for the technical applicability according to a fundamental aspect of the invention, and is regarded as a mechanically full alternative to let one of the three bars engage another of the three bars (alternative point A), as shown in FIG. 2 is shown. The mechanical stress of the rod, which acts on the other (in the illustrated embodiment, the rod Sl) can be kept within the limits specified by the description in the introduction, the mathematical simplifications remain as good as fully preserved and the problem of storage of Bars at the platform are completely bypassed. In the description and the drawings, this formation of the triple point P3 is referred to as a pseudo-triplet point P'3, the differences are only discussed where they are relevant or explained in detail.
Die Fig. 3 zeigt eine weitergehende Ausgestaltung in der Richtung, wie sie zwischen der Fig. 1 und Fig. 2 vorgenommen wurde. Es wird bei dieser Variante auch eine Entbünde- lung der Doppelpunkte P2 auf völlig analoge Weise zur Entbündelung des Tripelpunktes P3 vorgenommen, der ja in der Variante der Fig. 2 zu einem Doppelpunkt P2 und einem Alternativpunkt A wurde. Dabei wurde auch der Doppelpunkt P2' der Stäbe S4 und S5 an der festen Plattform 2 entbündelt, auf die dadurch entstehenden mathematischen Probleme wurde bereits oben hingewiesen. Es besteht diese Konstruktion somit nur mehr aus den üblichen Befestigungspunkten, die an sich kein Bezugszeichen tragen, und den Alternativ¬ punkten A. Analog zur Änderung der Bezeichnung eines Tripelpunktes P3 zu P'3 wird eine Kombination eines solchen normalen Befestigungspunktes und eines Alternativpunk- tes als P '2 bezeichnet.Fig. 3 shows a further embodiment in the direction as it was made between the Fig. 1 and Fig. 2. In this variant, unbundling of the colons P2 is also performed in a completely analogous manner for unbundling the triple point P3, which in the variant of FIG. 2 has become a colon P2 and an alternative point A. In this case, the colon P2 'of the rods S4 and S5 was unbundled at the fixed platform 2, on the resulting mathematical problems has already been noted above. Thus, this construction consists only of the usual attachment points, which in themselves bear no reference numerals, and the alternative points A. Analogously to the change in the designation of a triple point P3 to P'3, a combination of such a normal attachment point and an alternative point designated P '2.
Von der Vereinfachung gegenüber der Parallelkinematik gemäß dem Stand der Technik her gesehen ist die Variante der Fig. 4 mit der Variante der Fig. 3 völlig gleichwertig, vom mathematischen Standpunkt aber vorteilhafter, da auch der Stab S5 einen festen Fußpunkt auf der festen Plattform 2 aufweist und daher mathematisch leichter zu beschreiben ist als bei einem beweglichen Fußpunkt gemäß der Fig. 3. Dabei wird der Befestigungspunkt des Stabs S5 an der festen Plattform 2 nicht wie bei Fig. 3 auf den Stab S4 verlegt, sondern als eigener Befestigungspunkt in die unmittelbare Nachbarschaft des Befestigungspunktes des Stabes S4. Damit bleiben alle mechanischen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik gewahrt, auch die mathematische Darstellung der Bewegung bleibt vereinfacht und voll erhalten, die Bezeichnung dieses Pseudodoppelpunktes als P '2 trägt dem Rechnung. Eine Ausgestaltung, bei der die oben erwähnte Überbestimmung bzw. Redundanz des Systems verwendet wird, ist in Fig. 5 dargestellt. Damit kann im Falle des Versagens eines Teils der Struktur ein Zusammenbruch verhindert werden, was insbesondere in der Fördertechnik von eminenter Bedeutung ist, weiters erlaubt, ja verlangt diese Über- bestimmung sogar, dass die bewegliche Plattform 3 nicht steifer ist, als es die Toleranzen der einzelnen kinematischen Elemente zulassen, ohne dass die gesamte Steifigkeit darunter leidet. Hier wird aus Gründen der Übersichtlichkeit wieder auf die ursprüngliche Darstellung mit Tripelpunkten und zweifachen Punkten zurückgegangen, ohne darauf beschränkt zu sein, denn selbstverständlich sind auch hier Pseudodoppelpunkte und Pseudotripelpunkte mit den genannten Vorteilen einsetzbar. Wesentlich ist, dass der Stab S6 ersetzt worden ist durch zwei Stäbe S6', deren Längenänderung so synchronisiert sein muss, dass sie gemeinsam den einen Freiheitsgrad des ursprünglichen S6 nachbilden.Seen from the simplification compared to the parallel kinematic according to the prior art, the variant of FIG. 4 is completely equivalent to the variant of FIG. 3, but more advantageous from the mathematical point of view, since the bar S5 also has a fixed base on the fixed platform 2 and therefore mathematically easier to describe than in a movable base according to FIG. 3. In this case, the attachment point of the rod S5 on the fixed platform 2 is not moved as in Fig. 3 on the rod S4, but as a separate attachment point in the immediate vicinity the attachment point of the rod S4. This preserves all mechanical advantages over the prior art, the mathematical representation of the movement remains simplified and fully preserved, the name of this pseudo double point as P '2 takes this into account. An embodiment in which the above-mentioned redundancy of the system is used is shown in FIG. Thus, in the case of failure of a part of the structure, a collapse can be prevented, which is of eminent importance especially in conveyor technology, further allows, indeed requires, this overestimation that the movable platform 3 is not stiffer than the tolerances of allow individual kinematic elements without the entire rigidity suffers. Here, for reasons of clarity, the original representation with triple points and twofold points is again reduced to, without being limited to, since, of course, pseudo-double points and pseudo-triplet points with the stated advantages can also be used here. It is essential that the rod S6 has been replaced by two rods S6 'whose length change must be synchronized so that they together simulate the one degree of freedom of the original S6.
Die Fig. 6 zeigt eine ähnliche Situation wie die Fig. 1, nur dass die bewegliche Plattform 3' deutlich kleiner ausgebildet ist als die feste Plattform 2, wodurch die Lage der einzelnen Stäbe sich naturgemäß ebenfalls ändert. Selbstverständlich müssen die einzelnen Plattfor¬ men nicht viereckig und nicht einmal eben sein, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist.Fig. 6 shows a similar situation as Fig. 1, except that the movable platform 3 'is formed much smaller than the fixed platform 2, whereby the position of the individual rods naturally also changes. Of course, the individual platforms do not have to be quadrangular and not even even, as can be seen from FIG.
Die Fig. 7 zeigt in allgemeiner perspektivischer Darstellung eine Möglichkeit, durch eine Kombination längenveränderlicher Stäbe, angedeutet als hydraulische Zylinder-Kolben- Einheiten A mit Stäben konstanter Länge S, unter Heranziehung der erfindungsgemäßen Prinzipien eine erfindungsgemäße Parallelkinematik zu schaffen, bei der die Berechnung der Bewegungsgleichungen gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert ist. Darüber hinaus ist es bei dieser Ausbildung der Kinematik möglich, die bewegliche Plattform 3 um 360° und darüber gegenüber der festen Plattform 2 (Summe aller Fußpunkte) zu drehen, was üblicherweise nicht möglich ist.Fig. 7 shows a general perspective view of a way to create by a combination variable-length rods, indicated as hydraulic cylinder-piston units A with rods of constant length S, using the principles of the invention a parallel kinematics according to the invention, in which the calculation of the equations of motion is significantly reduced compared to the prior art. Moreover, with this kinematics design, it is possible to rotate the movable platform 3 by 360 ° and above with respect to the fixed platform 2 (sum of all foot points), which is usually not possible.
In Fig. 8 und 9 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Tripelpunkt P3 zur näheren Erläu¬ terung dieses erfmdungswesentlichen Bauelementes in einer konstruktiven Ausgestaltung dargestellt. Die drei in ihm zusammenlaufenden Stäbe Sl, S2, S5, analog zur Fig. 1 ausgewählt, sind, auf die folgende Weise, die aus Fig. 9 deutlicher zu entnehmen ist, miteinander gekoppelt: Die Stäbe Sl und S2 die, wie oben erläutert, ein sogenanntes Zeigerpaar oder Krafteck mit der Zeigerachse Al 2 bilden, greifen, um diese Zeigerachse schwenkbar, zu beiden Seiten einer Hohlkugel 4 an. Der Stab S5 greift über einen Bügel 5 an der Kugel 4 an einer zur Achse Al 2 normal angeordneten und sie schneidenden Achse A5 an. Der Schnittpunkt der Achsen Al 2 und A5 liegt im Mittelpunkt der Hohlkugel 4 und damit auch im Mittelpunkt des sphärischen Teils eines in der Hohlkugel 4 sphärisch drehbar gelagerten Zapfens 6, der mit der beweglichen Plattform 3 (nicht dargestellt) fest verbunden und damit ihr zuzurechnen ist.In FIGS. 8 and 9, a triple point P3 designed according to the invention for a more detailed explanation of this component essential to the invention is shown in a structural design. The three converging rods Sl, S2, S5, selected analogously to FIG. 1, are coupled together in the following way, which can be seen more clearly from FIG. 9: The rods Sl and S2 which, as explained above, form a so-called pointer pair or force corner with the pointer axis Al 2, engage, pivotable about this pointer axis, on both sides of a hollow sphere 4. The rod S5 engages via a bracket 5 on the ball 4 on a to the axis Al 2 normally arranged and they intersecting axis A5. The intersection of the axes Al 2 and A5 is located in the center of the hollow sphere 4 and thus also in the center of the spherical part of a spherically rotatably mounted pin 6 in the hollow sphere 4, which is firmly connected to the movable platform 3 (not shown) and thus attributable to it ,
Wie aus dieser Konstruktion ersichtlich ist, wird bei Änderung der Länge der Stäbe Sl, S2 und S5 (oder bei Verschiebung von deren Fußpunkten [Fig. 8]) die räumliche Lage des Kugelmittelpunktes stets eindeutig definiert. Dabei ist der Bügel 5 um die Achse des Stabes S5 drehbar gelagert und die entsprechenden Bügel der Stäbe Sl und S2 sind um die Achsen dieser Stäbe drehbar gelagert (nur bei ganz speziellen Anordnungsfällen kann dies entfallen), um Verspannungen zu vermeiden.As can be seen from this construction, when changing the length of the bars Sl, S2 and S5 (or when shifting from their base points [Fig. 8]), the spatial position of the center of the sphere is always clearly defined. In this case, the bracket 5 is rotatably mounted about the axis of the rod S5 and the corresponding bracket of the rods Sl and S2 are rotatably mounted about the axes of these rods (this can be omitted only in very special arrangement cases) to avoid tension.
Es ist leicht ersichtlich, dass die Ausbildung des Punktes P3 gemäß der Fig. 8 und 9 aufwendig ist und dabei doch den Nachteil aufweist, nur geringe Verschwenkungen um den Kugelmittelpunkt zuzulassen, ohne dass es zu Problemen mit aneinander schlagenden Bauteilen (Kollision) kommt.It is readily apparent that the formation of the point P3 according to FIGS. 8 and 9 is complicated and yet has the disadvantage of allowing only slight pivoting about the center of the ball, without causing problems with components hitting each other (collision).
Die Fig. 10 und 11 , die in ihren Ansichten im wesentlichen denen der Fig. 8 und 9 entspre¬ chen, stellen nun eine erfindungsgemäße Lösung dieses Problems dar, die, wie bereits erwähnt, die Vorteile der Ausbildung von Tripelpunkten zur Gänze erhält, deren Nachteile aber vollständig vermeidet. Um dies zu erreichen, greift der Stab S 5 nicht direkt am Tripelpunkt, sondern in seinem Bereich, in kleinem Abstand von ihm, an einem der beiden anderen am Tripelpunkt endenden Stäben, im dargestellten Beispiel am Stab Sl an. Wie bereits erwähnt, wird bevorzugt, dass dieser alternative Angriffspunkt A an demjenigen der beiden zur Verfügung stehenden Stäbe liegt, der mechanisch weniger belastet ist. Dadurch kann dessen Mehrbelastung durch die Induzierung eines Biegemomentes am Angriffspunkt A leichter abgefangen und beherrscht werden, als bei einem Angriffspunkt auf einem schon an sich hoch belasteten Stab. Aus Fig. 11 gut ersichtlich ist der einfache Aufbau des nunmehr in seinem Kern einen Doppelpunkt darstellenden Pseudo-Tripelpunktes, statt der komplexen und teuren sphäri¬ schen Geometrie kann eine einfache kardanische Aufhängung für den Zapfen 6, der bereits Teil der beweglichen Plattform 3 (nicht dargestellt) ist, gewählt werden.FIGS. 10 and 11, which in their views essentially correspond to those of FIGS. 8 and 9, represent a solution according to the invention of this problem, which, as already mentioned, fully benefits from the advantages of the formation of triple points Disadvantages but completely avoids. In order to achieve this, the rod S 5 does not engage directly at the triple point, but in its region, at a small distance from it, at one of the other two rods ending at the triple point, in the example shown on the rod Sl. As already mentioned, it is preferred that this alternative point of attack A is located on that of the two available rods, which is mechanically less loaded. As a result, its additional load can be more easily absorbed and controlled by inducing a bending moment at the point of application A, than at a point of application on a rod which is already highly loaded. From Fig. 11 clearly visible is the simple structure of the now in its core a colon representing pseudo-triple point, instead of the complex and expensive sphäri¬ rule geometry can be a simple gimbal for the pin 6, already part of the movable platform 3 (not shown) is to be selected.
Die bisher beschriebenen Ausführungsformen und Varianten der Erfindung sind nun für alle ihre Anwendungen einsetzbar, aber selbstverständlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann die Ausbildung eines Angriffspunktes A anders ausgestaltet sein als in den Fig. 10 und 11 dargestellt, es muss bei einem Doppelpunkt, unabhängig davon, ob es sich um einen Pseudo-Tripelpunkt oder um einen echten Doppelpunkt handelt, keine kardanische Aufhängung verwendet werden, sondern es kann auch hier eine sphärische Ausbildung vorgesehen sein, bei der dann nur die Anlenkung an die beiden angreifenden Stäbe einfacher als in Fig. 9 dargestellt, ausfällt, etc..The embodiments and variants of the invention described so far are now applicable to all their applications, but of course the invention is not limited thereto. The formation of a point A can be designed differently than shown in FIGS. 10 and 11; in the case of a colon, regardless of whether it is a pseudo-triple point or a true colon, no cardan suspension must be used, but it can also be provided here a spherical training, in which then only the linkage to the two attacking rods easier than shown in Fig. 9, fails, etc.
Der Ort, an dem die Ausbildung eines Pseudotripelpunktes erfolgt, liegt im Sinne der Erfindung so knapp an der betrachteten Plattform wie es die Konstruktion der Anlenkung erlaubt. Damit werden die in den durchlaufenden Stab eingebrachten Momente und die geometrischen Abweichungen vom (idealen) Tripelpunkt klein gehalten. Ersteres ist wegen der Masseersparnis bedeutsam, Letzteres wegen der einfacheren mathematischen Ausle- gung der Vorrichtung, die dann bis zum Betrieb als mit (idealen) Tripelpunkten versehen konzipiert werden kann und nur für den realen Betrieb mit den adaptierten Bewegungs¬ gleichungen gerechnet werden muss. Als eine Art Faustregel kann angesehen werden, dass die Anlenkung innerhalb von 20 %, bevorzugt innerhalb von 10 % der Länge des betrach¬ teten Stabes erfolgen soll. Bei mehreren Angriffspunkten an der beweglichen Plattform kann von 20 %, bevorzugt 10 % der Länge des kürzesten Stabes in seiner kürzesten Position ausgegangen werden.The location at which the formation of a pseudo-triplet point takes place, within the meaning of the invention so close to the considered platform as it allows the construction of the linkage. Thus, the moments introduced into the continuous rod and the geometric deviations from the (ideal) triple point are kept small. The former is significant because of the mass saving, the latter because of the simpler mathematical design of the device, which can then be designed to operate with (ideal) triple points and must be calculated only for real operation with the adapted Bewegungs¬ equations. As a rule of thumb, it can be considered that the articulation should take place within 20%, preferably within 10%, of the length of the viewed rod. With several points of attack on the movable platform can be assumed that 20%, preferably 10% of the length of the shortest rod in its shortest position.
Selbstverständlich sind auch hier Ausnahmen möglich, besonders wenn nur geringe Massen und kleine Kräfte auftreten und hohe Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen der beweglichen Plattform angestrebt werden. Dann kann durch einen in größerem Abstand von der Plattform angelenkten Aktuator eine Hebelwirkung erzielt werden. Einen wesentlichen Aspekt der Erfindung, der bei allen folgenden Anwendungsbeispielen erkennbar ist, stellt es dar, dass vom bisher bei Parallelkinematiken (ausgenommen rein rotatorische) üblichen Anordnungsprinzip mit Zentralachse abgegangen wird. Technische Anwendungen sind üblicherweise so aufgebaut, dass Bewegungen in zueinander orthogonalisierten Komponenten verlaufen, wobei fast immer eine Richtung oder zumindest eine Ebene besteht, in der die Hauptbewegung und/oder Hauptbelastung erfolgt. Durch Berücksichtigung dieser Vorgabe macht es die Erfindung möglich, die meisten Verbindungselemente so symmetrisch anzuordnen, dass sie die dabei auftretenden Kräfte bestmöglich übertragen und dass die Hauptbewegung besonders bevorzugt bewirkt und gesteuert wird. Auch die Berechnung der Bewegungsabläufe kann dadurch nochmals vereinfacht und damit beschleunigt werden. Für die Stabilisierung in Richtungen normal zur Symmetrieebene reicht dann zumeist ein einzelner, daher nicht symmetrisch ausgebildeter Stab, Aktuator oder Zugelement.Of course, exceptions are also possible here, especially if only small masses and small forces occur and high speeds or accelerations of the movable platform are desired. Then can be achieved by an articulated at a greater distance from the platform actuator leverage. An essential aspect of the invention, which can be seen in all of the following application examples, it shows that is gone from previously in parallel kinematics (except purely rotational) usual arrangement principle with central axis. Technical applications are usually designed so that movements in mutually orthogonalisierten components run, whereby almost always a direction or at least one level exists, in which the main movement and / or main load occurs. By taking account of this requirement, the invention makes it possible to arrange most of the connecting elements so symmetrically that they transmit the forces occurring in the best possible way and that the main movement is particularly preferably effected and controlled. The calculation of the motion sequences can be further simplified and thereby accelerated. For stabilization in directions normal to the plane of symmetry then usually only a single, therefore not symmetrical trained rod, actuator or tension element is sufficient.
Anwendung der Erfindung auf Hubtische:Application of the invention to lifting tables:
Die Fig. 12 stellt einen erfindungs gemäß ausgebildeten Hub tisch dar, der auf einer Parallelogrammführung beruht. Wie aus Fig. 12, die eine perspektivische Ansicht des in seiner Gesamtheit mit 11 bezeichneten Hubtisches darstellt, hervorgeht, ist eine Grund- plattform 2 (es werden in der Beschreibung zur leichteren Vergleichbarkeit der Figuren einander kinematisch entsprechende Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen) und einer beweglichen Plattform 3 samt dem diese beiden Plattformen verbindenden Stabwerk dargestellt. Dabei sind zwei Parallelogramme, einerseits durch die Stäbe Si l und S12, anderseits durch die Stäbe S13 und S14 ausgebildet. Der Begriff Parallelogramm wird hier in einem allgemeinen Sinn verwendet, denn streng genommen liegen diese Stäbe nur dann parallel zueinander, wenn die bewegliche Plattform 3 eine solche Position einnimmt, dass ihre Längsmittelebene und die Längsmittelebene der festen Plattform 2 zusammen¬ fallen.Fig. 12 illustrates a fiction, designed according to stroke table, which is based on a parallelogram. As is apparent from FIG. 12, which shows a perspective view of the lifting table, which is designated as a whole by 11, a base platform 2 (in the description for the sake of easier comparability of the figures, kinematic parts are always given the same reference number). and a movable platform 3 together with the framework that connects these two platforms. In this case, two parallelograms, on the one hand by the rods Si l and S12, on the other hand formed by the rods S13 and S14. The term parallelogram is used here in a general sense, because strictly speaking, these rods are only parallel to each other when the movable platform 3 assumes such a position that its longitudinal center plane and the longitudinal center plane of the fixed platform 2 coincide.
Der Antrieb für die bewegliche Plattform 3, somit der Hubantrieb, wird durch zwei in ihrer Länge veränderliche Stäbe Sl 5 und S16 (Aktuatoren) gebildet. Diese Stäbe greifen auf der festen Plattform 2 in einer Höhe an, die im wesentlichen der Höhe des entsprechenden Angriffspunktes der Stäbe Si l und S 14 entspricht, an der beweglichen Plattform 3 aber in einer Höhe, die den dortigen Angriffspunkten der Stäbe S 12, S13 entspricht. Auf diese Weise werden sogenannte Kraftecke gebildet, die in der Hauptbewegungsrichtung des Hubtisches 11 den Zeigerpaaren der Erfindung entsprechen.The drive for the movable platform 3, thus the lifting drive is formed by two variable in length rods Sl 5 and S16 (actuators). These rods engage on the fixed platform 2 at a height which corresponds substantially to the height of the corresponding point of application of the rods Si 1 and S 14, but to the movable platform 3 a height that corresponds to the local attack points of the rods S 12, S13. In this way, so-called force corner are formed, which correspond to the pointer pairs of the invention in the main direction of movement of the lifting table 11.
Die Querkräfte werden über einen schräg verlaufenden Stab S17 aufgenommen, der mit einem Anlenkpunkt auf der beweglichen Plattform 3 im Bereich der Anlenkpunkte des Zeigerpaares liegt und so einen Pseudo-Tripelpunkt P3 ' bildet.The transverse forces are absorbed by an obliquely extending rod S17, which lies with a point of articulation on the movable platform 3 in the region of the articulation points of the pointer pair and thus forms a pseudo-triple point P3 '.
Die Fig. 13 und 14 zeigen in einer Seitenansicht die Situation bei unterschiedlicher Höhenlage der beweglichen Plattform 3, die Fig. 15-17 die Möglichkeit des Schrägstellens der beweglichen Plattform 3 bezüglich der festen Plattform 2 in einer Seitenansicht, einer Stirnansicht und einer Draufsicht. Diese Möglichkeit zur Schrägstellung der beweglichen Plattform, die ja in der praktischen Ausführung dem Hubtisch entspricht, kann, beispiels¬ weise beim Stückguttransport, praktisch sein. Durch die Verdoppelung der einzelnen Elemente ist bei Gleichlauf der Antriebe ein paralleles Heben der beweglichen Plattform gewährleistet. Die bewegliche Plattform bewegt sich gegenüber der festen Plattform nicht wie bei klassischen Hubtischen vertikal nach oben, sondern führt eine Kreisbogen¬ bewegung aus, was in kaum einem Fall nachteilig und in vielen Fällen vorteilhaft ist. Durch die Art der Bewegung und die Anordnung der Antriebe an den Stäben Sl 5 und Sl 6 erreicht man einen unerwartet gleichmäßigen Kräfteverlauf über die Hubhöhe, der um nicht einmal 10% vom Mittelwert abweicht. Im Vergleich dazu sei darauf hingewiesen, dass im Stand der Technik beim Abheben aus der unteren Endlage Kräfte auftreten, die bis zum Doppelten des Mittelwertes reichen.13 and 14 show in a side view the situation at different elevations of the movable platform 3, Figs. 15-17 the possibility of tilting the movable platform 3 with respect to the fixed platform 2 in a side view, an end view and a plan view. This possibility for tilting the movable platform, which in practice corresponds to the lifting table, can be practical, for example when transporting piece goods. By doubling the individual elements, a parallel lifting of the movable platform is ensured during synchronization of the drives. The movable platform does not move vertically upwards relative to the fixed platform, as in the case of classic lifting tables, but executes a circular arc movement, which is hardly disadvantageous and in many cases advantageous. Due to the nature of the movement and the arrangement of the drives on the rods Sl 5 and Sl 6 to reach an unexpectedly uniform flow of forces over the lifting height, which differs by not even 10% of the average. In comparison, it should be noted that occur in the prior art when lifting from the lower end position forces that reach up to twice the average value.
Wie aus der Zeichnung unmittelbar ersichtlich ist, ergibt sich durch die Möglichkeit, einzelne der in ihrer Länge als konstant angegebenen Stäbe (passive Stäbe) ebenfalls längenverstellbar auszubilden, eine leicht mögliche Anpassung an Notwendigkeiten wie zusätzliches Verdrehen um eine Achse etc..As can be seen immediately from the drawing, the possibility of designing individual lengthwise adjustable bars (passive bars) in their length also results in an easy adaptation to necessities such as additional rotation about an axis, etc.
Der schräg verlaufende Stab Sl 7 kann in der dargestellten Variante, bei der sein Anlenk¬ punkt auf der festen Plattform 2 (Fußpunkt F 17) auf der Geraden g2 liegt, die durch die Lager Fl 2 und Fl 3 der inaktiven Stäbe Sl 2 und S 13 geht und solange weder seine Länge noch sein Fußpunkt (gleichbedeutend) geändert werden, als inaktiv angesehen werden und tritt im mathematischen Modell nicht auf.The oblique bar Sl 7 can in the illustrated variant, in which its Anlenk¬ point on the fixed platform 2 (foot F 17) on the straight line g2, by the bearings Fl 2 and Fl 3 of the inactive bars Sl 2 and S. 13 does not work and as long as its length yet its base (equivalent) can be changed to be considered inactive and does not occur in the mathematical model.
Die Fig. 18 bis 22 zeigen eine Variante 21 eines erfindungsgemäßen Hubtisches mit rein vertikaler Bewegung der beiden Plattformen zueinander, die Fig. 23 eine Variante in einer Ansicht ähnlich der der Fig. 22. In Fig. 18 ist in perspektivischer Ansicht eine erfindungs¬ gemäße Variante dargestellt, bei der, im Gegensatz zum Hubtisch gemäß den Fig. 12 bis 17, die bewegliche Plattform 3 sich lotrecht zur festen Plattform 2 bewegt. Die erfindungs¬ gemäße Kinematik besteht hier aus drei Zeigerpaaren, wobei jeweils einer der beiden Stäbe mit veränderlicher Länge und somit als Aktuator ausgebildet ist, einem schräg verlaufen¬ den Stab, der analog zum Stab S 17 ausgebildet ist, das dort über diesen Ausgeführte gilt auch hier, und um diese Analogie deutlich zu machen wurde er mit der Bezeichnung S27 versehen.18 to 22 show a variant 21 of a lifting table according to the invention with purely vertical movement of the two platforms to each other, Fig. 23 shows a variant in a view similar to that of Fig. 22. In Fig. 18 is a perspective view of a erfindungs¬ contemporary Variant shown in which, in contrast to the lifting table according to FIGS. 12 to 17, the movable platform 3 moves perpendicular to the fixed platform 2. The kinematics according to the invention consists here of three pairs of pointers, one of the two rods having a variable length and thus being designed as an actuator, an obliquely extending rod which is analogous to the rod S 17, which also applies there here, and to make this analogy clear, he was given the designation S27.
Die vertikale oder lotrechte Bewegung der beiden Plattformen zueinander wird durch einen Führungsmechanismus bestehend aus zwei Führungsarmen Fl und F2 erzielt. Im Detail, wie insbesondere aus einem Zusammenhalt der Fig. 18 und 19 ersichtlich, ist die Vorrich¬ tung folgendermaßen aufgebaut:The vertical or vertical movement of the two platforms to each other is achieved by a guide mechanism consisting of two guide arms Fl and F2. In detail, as can be seen in particular from a cohesion of FIGS. 18 and 19, the device is constructed as follows:
Auf der festen Plattform 2 sind drei Zeigerpaare 22, 22' und 23 vorgesehen. Dabei sind die Zeigerpaare 22, 22' fluchtend und symmetrisch zur vertikalen Längssymmetrieebene zueinander angeordnet, und das Zeigerpaar 23 in dieser Längssymmetrieebene liegend und um die vertikale Quer-Symmetrieebene der Vorrichtung gespiegelt. Dabei liegen die Fußpunkte der Stäbe mit konstanter Länge jeweils unter den Fußpunkten der Aktuatoren und leicht seitlich zu ihnen versetzt.On the fixed platform 2, three pairs of pointers 22, 22 'and 23 are provided. The pointer pairs 22, 22 'are arranged in alignment and symmetrical to the vertical longitudinal plane of symmetry to each other, and the pair of pointers 23 lying in this longitudinal plane of symmetry and mirrored about the vertical transverse plane of symmetry of the device. The foot points of the bars are of constant length respectively offset below the foot points of the actuators and slightly laterally to them.
Im Bereich der beweglichen Plattform 3 greifen die Stäbe der erfindungsgemäßen Kine¬ matik an Querwellen 24, 25 an, wobei die Zeigerpaare 22, 22' an der Querwelle 24 angreifen, das Zeigerpaar 23 greift an der Querwelle 25 an. Diese Querwellen 24, 25 tragen an ihren äußeren Enden Rollen 26, die in entsprechenden Schienen (nicht dargestellt) der beweglichen Plattform 3 laufen. Um nun die bewegliche Plattform 3 in ihrer Lage in der Richtung der Laufbahnen der Rollen 26 zu definieren, sind die Führungsarme Fl, F2 an den Schenkeln konstanter Länge der Zeigerpaare 22, 22' gelenkig angelenkt, wobei die Länge von den Fußpunkten dieser Stäbe bis zu den Anlenkpunkten 27, 28 gleich ist der Länge der Führungsarme Fl, F2, zwischen diesen Anlenkpunkten 27, 28 und ihren Schwenkpunkten an der beweglichen Plattform 3.In the area of the movable platform 3, the rods of the kinematics according to the invention engage with transverse shafts 24, 25, the pointer pairs 22, 22 'engaging the transverse shaft 24, the pointer pair 23 acting on the transverse shaft 25. These transverse shafts 24, 25 carry at their outer ends rollers 26 which run in corresponding rails (not shown) of the movable platform 3. In order to define the movable platform 3 in its position in the direction of the raceways of the rollers 26, the guide arms Fl, F2 are articulated to the legs of constant length of the pointer pairs 22, 22 ', the length from the bases of these bars up to the articulation points 27, 28 is equal to the length of the guide arms Fl, F2, between these articulation points 27, 28 and their pivot points on the movable platform. 3
Die Variante der Fig. 23 unterscheidet sich von der Variante gemäß den Fig. 18 bis 22 nur dadurch, dass die Endpunkte der Aktuatoren und der passiven Stäbe tatsächlich „mathe- matisch genau" in Doppelpunkten P2 bzw. einem Tripelpunkt P3 enden. Die mechanische Ausgestaltung dieser Punkte wurde dabei nicht näher dargestellt, die optisch „ineinander¬ laufenden" Stäbe dürfen nicht als Einheit oder gar starre Einheit verstanden werden! Bei den Zeigerpaaren 22, 22' wurden die in dieser Ansicht einander überdeckenden Stäbe zur Verdeutlichung leicht schräg angelenkt, dies ist problemlos möglich, ebenso aber auch die in vertikaler Richtung vollständig fluchtende Anordnung.The variant of FIG. 23 differs from the variant according to FIGS. 18 to 22 only in that the end points of the actuators and the passive rods actually end "mathematically accurately" in colons P2 or a triple point P3 These points were not shown in detail, the optically "ineinander¬ running" bars may not be understood as a unit or even rigid unit! In the pairs of pointers 22, 22 ', the rods which overlap one another in this view have been slightly obliquely articulated for clarification purposes, this is easily possible, but so is the arrangement which is completely aligned in the vertical direction.
Zu diesen beiden Ausführungsformen ist noch festzuhalten, dass durch asynchronen Antrieb der Aktuatoren ein Kippen der beweglichen Plattform 3 um beide Hauptachsen möglich ist und dass bei Krafteinleitungen parallel zum symmetrisch angeordneten beweg- liehen Rahmen 3 Momente in den passiven Stäben (das sind die weder längenveränder¬ lichen noch am Fußpunkt bewegbaren Stäbe) induziert werden. Diese Stäbe sind daher entsprechend zu dimensionieren. Dieser Hubtisch kann beispielsweise durch Vorsehen eines schräg angeordneten Zeigerpaares so umgestaltet werden, dass er eine voll beweg¬ liche obere Plattform aufweist, wobei natürlich die Rollen und ihre Bahnen entfallen und die Verbindung zwischen den beiden Plattformen auf die bei der Parallelkinematik übliche Weise erfolgt.For these two embodiments is still to be noted that by asynchronous drive of the actuators tilting of the movable platform 3 about both major axes is possible and that in force parallel to the symmetrically arranged movable borrowed frame 3 moments in the passive rods (which are neither längenveränder¬ union still movable at the base rods) are induced. These rods are therefore to be dimensioned accordingly. This lifting table can be redesigned, for example, by providing an obliquely arranged pair of pointers such that it has a fully movable upper platform, whereby of course the rollers and their tracks are omitted and the connection between the two platforms takes place in the usual manner in parallel kinematics.
Die Fig. 24 zeigt eine in ihrer Optik „klassisch" erscheinende Ausführungsform 31 eines Hubtisches: Ein in seiner Gesamtheit mit 32 bezeichneter Scherenmechanismus besorgt die Führung der beweglichen Plattform 3, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht selbst dargestellt ist, sondern nur durch die freien Enden des Scherenmechanismus 32, 33, der Aktuatoren S31 und S32 und des Querstabs S37 angedeutet ist. Dabei bilden die jeweiligen Schenkel 31, 32 des Scherenmechanismus mit den zugehöri¬ gen Stäben S31 bzw. S32 ein Zeigerpaar und besorgen die Hauptbewegung der beiden Plattformen zueinander. Wie in den zuvor besprochenen Ausführungsbeispielen werden Querkräfte über einen schrägen Stab, hier S37, der auch an der beweglichen Plattform 3 den Tripelpunkt bildet, abgeleitet. Durch unterschiedliche Betätigung der beiden Aktua- toren S31 und S32 kann eine Schrägstellung der beweglichen Plattform 3 bezüglich der festen Plattform 2 erreicht werden.FIG. 24 shows an embodiment 31 of a lifting table which appears "classic" in its optics: a scissor mechanism designated in its entirety by 32 takes care of guiding the movable platform 3, which is not shown for reasons of clarity, but only through the free ends of the scissors mechanism 32, 33, the actuators S31 and S32 and the cross bar S37 is indicated. In this case, the respective legs 31, 32 of the scissors mechanism with the associated rods S31 and S32 form a pair of pointers and provide the main movement of the two platforms relative to each other. As in the previously discussed embodiments, transverse forces are derived via an oblique rod, here S37, which also forms the triple point on the movable platform 3. By varying the actuation of the two actuators S31 and S32, an inclined position of the movable platform 3 with respect to the fixed platform 2 can be achieved.
Anwendung der Erfindung auf Hängebahnen:Application of the invention to overhead conveyors:
Hängebahnen sind mit Hubtischen kinematisch eng verwandt, wobei zufolge der Umkehr der üblichen Situation bei den Hubtischen und den meisten anderen Kinematiken die feste Plattform 2, der Hängerahmen, im Gravitationsfeld der Erde oberhalb der beweglichen Plattform 3, dem Bauteilträger, angeordnet ist, sodass üblicherweise Zug- und Druckkräfte in den einzelnen Bauteilen vertauscht sind. Da insbesondere bei üblichen Parallelkine¬ matiken Stäbe als Aktuatoren und verschiedentlich in passiver Form zur Führung bzw. Unterstützung herangezogen werden, kann dies bei Hängebahnen auf elegante und Platz sparende Weise vielfach durch Seile geschehen. Es werden im Folgenden drei Varianten näher besprochen:Overhead conveyors are kinematically closely related to lifting tables, whereby the reversal of the usual situation in the lifting tables and most other kinematics, the fixed platform 2, the hanging frame, in the gravitational field of the earth above the movable platform 3, the component carrier, is arranged, so usually train - And compressive forces in the individual components are reversed. Since rods are used as actuators and variously in passive form for guidance or support, in particular in the case of conventional parallel kinematics, in the case of monorail conveyors, this can often be achieved by ropes in an elegant and space-saving manner. Three variants are discussed in more detail below:
Die Fig. 25 bis 27 zeigen eine elegante, im wesentlichen auf Seilen aufbauende Ausgestaltung, bei der die konstante Vorgabe der Schwerkraft aus den Doppelpunkten ohne konstruktive Adaption Tripelpunkte macht. Bei der dargestellten Vorrichtung 41 hängt die feste Plattform 2 mittels Rollen 44 an einer nicht dargestellten Bahn und bewegt sich entlang dieser Bahn mittels eines nicht dargestellten Antriebs entweder autonom oder in Abhängigkeit eines allen Plattformen gemeinsamen Bewegungsmittels; trotz dieser außerhalb der Kinematik liegenden Bewegung bleibt sie die feste Pattform im Sinne der Erfindung.FIGS. 25 to 27 show an elegant design based essentially on cables, in which the constant specification of the force of gravity makes the double points without constructive adaptation triple points. In the illustrated device 41, the fixed platform 2 hangs by means of rollers 44 on a web, not shown, and moves along this path by means of a drive, not shown, either autonomously or as a function of common motion means common to all platforms; Despite this movement, which lies outside the kinematics, it remains the firm platform in the sense of the invention.
Die feste Plattform 2 ist mit der beweglichen Plattform 3, die im dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel eine Karosserie 45 trägt, mittels vier Seilen 42 verbunden. Diese Seile werden im dargestellten Ausführungsbeispiel einzeln durch Motoren 43 über Seilwinden angehoben bzw. abgesenkt. Die Lagestabilität wird durch drei Aktuatoren bewirkt, wobei die Aktuatoren S41 und S41 ' in der dargestellten, als „normal" zu bezeichnenden Position der beiden Plattformen 2, 3 zueinander parallel verlaufen und einem Queraktuator S47, der in diesem Fall in der Längsmittelebene der Vorrichtung verläuft, und in dieser Ebene auftretende Kräfte ableitet.The fixed platform 2 is connected to the movable platform 3, which carries a body 45 in the illustrated embodiment, by means of four cables 42. These cables are individually raised or lowered in the illustrated embodiment by motors 43 via winches. The position stability is effected by three actuators, wherein the actuators S41 and S41 'in the illustrated, as "normal" to be designated position of the two platforms 2, 3 parallel to each other and a Queraktuator S47, which runs in this case in the longitudinal center plane of the device, and derived in this plane forces derives.
Die Fig. 26 zeigt eine Rückansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Fig. 27 eine Ansicht ähnlich der der Fig. 26, allerdings mit verringertem Abstand zwischen der festen Plattform 2 und der beweglichen Plattform 3 und mit leicht schrägt gestellter Lage der beiden Plattformen zueinander. Dies kann durch entsprechendes Betätigen der Antriebe 43, somit unterschiedliche freie Seillängen 42 und passende Wahl der Länge des Aktuators S41 bzw. S41 ' erreicht werden. Auch dabei sind die weiter oben erwähnten Vereinfachun¬ gen der Berechnung der Bewegungsgleichungen gewährleistet und können genutzt werden.Fig. 26 shows a rear view of the device according to the invention and Fig. 27 is a view similar to that of Fig. 26, but with a reduced distance between the fixed platform 2 and the movable platform 3 and slightly inclined position of the two platforms to each other. This can be achieved by corresponding actuation of the drives 43, thus different free cable lengths 42 and appropriate choice of the length of the actuator S41 or S41 '. Here, too, the simplifications of the calculation of the equations of motion mentioned above are guaranteed and can be used.
Die Fig. 28-31 zeigen eine Hängebahn, deren Kinematik im wesentlichen eine Umkehr der Kinematik des Hubtisches gemäß Fig. 12-16 darstellt. Die passiven Stäbe S51, S52 auf der einen (in der Figur vorderen) Seite und die passiven Stäbe S53, S54 auf der anderen (in der Figur hinteren) Seite bilden jeweils ein Parallelogramm, zumindest bei symmetrischer Lage der beiden Plattformen und unter Vernachlässigung unterschiedlicher Abstände der Kopfpunkte bzw. Fußpunkte zur Längsmittelebene.Figs. 28-31 show a monorail, the kinematics of which essentially represents a reversal of the kinematics of the lifting table according to Figs. 12-16. The passive bars S51, S52 on one side (in the figure front) and the passive bars S53, S54 on the other (rear side) form a parallelogram, at least in the symmetrical position of the two platforms and neglecting different distances the head points or foot points to the longitudinal center plane.
Betätigt werden diese Parallelogramme durch zueinander bei symmetrischer Anordnung der Plattformen 2, 3 parallel verlaufende Aktuatoren S 55 und S56, die Querkräfte werden durch einen schräg verlaufenden passiven Stab S57 aufgenommen.These parallelograms are actuated by actuators S 55 and S 56 running parallel to one another in a symmetrical arrangement of the platforms 2, 3, the transverse forces being absorbed by an obliquely extending passive rod S57.
Augenfällig ist, dass durch die Notwendigkeit, den Raum zwischen den Zeigerpaaren (Kraftecken) und den Parallelogrammen zur Aufnahme des zu transportierenden Gegen¬ stands, im gezeigten Darstellungsfall eine Karosserie 55, freizulassen, der Querstab oder Diagonalstab S57 mit dem Zeigerpaar (S52, S55) dem er zugeordnet ist, einen sehr spitzen Winkel am Tripelpunkt P3 bildet und daher, um die auftretenden Querkräfte zuverlässig aufnehmen zu können entsprechend massiv ausgebildet sein muss.It is obvious that due to the necessity of releasing the space between the pairs of pointers (force corners) and the parallelograms for receiving the object to be transported, in the illustrated case a body 55, the transverse bar or diagonal bar S57 with the pointer pair (S52, S55). to which it is associated forms a very acute angle at the triple point P3 and therefore, in order to be able to reliably absorb the transverse forces that occur, it must be of a correspondingly solid design.
Wie schon bei Fig. 23 ausgeführt, ist auch bei der Darstellung dieser Variante stets zu beachten, dass die in der Zeichnung anscheinend „starr ineinander mündenden" Stäbe nur aus Gründen der Übersichtlichkeit so dargestellt sind und in Wirklichkeit Tripelpunkte, bzw. Pseudotripelpunkte oder Doppelpunkte bzw. Pseudodoppelpunkte bilden, wobei jeder der dort mündenden Stäbe für sich sphärisch bzw. mit der für seine Bewegungen notwendigen Freiheit angelenkt ist.As already stated in FIG. 23, it must always be noted in the illustration of this variant that the bars which appear to be "rigidly opening into one another" in the drawing only for the sake of clarity, and in reality form triple points, or pseudo-triplet points or colons or pseudo-double points, each of the bars opening there is articulated spherically or with the freedom necessary for its movements.
Die Bewegungsmöglichkeiten der Vorrichtung 51 gehen aus den Fig. 29-31 weiter hervor, zu beachten ist hier speziell, dass durch die Möglichkeit des Verfahrens der festen Plattform 2 entlang der (nicht dargestellten) Bahn mittels der Tragrollen 54 ein vertikales Absenken bzw. Anheben der beweglichen Plattform 3 möglich ist, (gegenüber einem ortsfesten Koordinatensystem) da ja die Bezeichnung „feste Plattform" nur als Bestim¬ mungsangabe innerhalb des Rahmens der Erfindung anzusehen ist aber offen lässt, ob und wie diese feste Plattform sich gegenüber einem Inertialsystem bewegt.The possibilities of movement of the device 51 are further apparent from FIGS. 29-31. It should be noted in particular here that by the possibility of moving the fixed platform 2 along the path (not shown) by means of the carrying rollers 54, a vertical lowering or lifting of the movable platform 3 is possible (as opposed to a stationary coordinate system) since the term "fixed platform" is to be regarded only as a statement of determination within the scope of the invention, but leaves open whether and how this fixed platform moves in relation to an inertial system.
Die Fig. 30 und 31 zeigen die Möglichkeit des Schrägstellens des beweglichen Rahmens 3 gegenüber dem festen Rahmen 2, dabei soll insbesondere darauf verwiesen werden, dass hier in Fig. 30 (so wie in Fig. 29 auch) der schräg verlaufende Stab S57, der die Querkräfte aufnimmt, optisch abgedeckt ist, in Fig. 31 ist er aber gut zu erkennen.FIGS. 30 and 31 show the possibility of tilting the movable frame 3 relative to the fixed frame 2, with particular reference to the fact that here in FIG. 30 (as in FIG. 29 also) the obliquely extending rod S57, the the transverse forces absorbs, is optically covered, in Fig. 31 but it is easy to see.
Die Fig. 32 schließlich zeigt eine Hängebahn mit drei Freiheitsgraden, durch Vergleich mit der Ansicht der Fig. 28 oder 30 erkennt man, dass durch den Ersatz zweier passiver Stäbe S51, S54, der Gelenkvierecke durch Aktuatoren S61, S64 eine weitere Drehung gegenüber der dort dargestellten Vorrichtung möglich wird. Da ansonsten keine Änderung vorge¬ nommen wurde, wird auf eine nähere Darlegung der Kinematik verzichtet.Finally, FIG. 32 shows a monorail with three degrees of freedom, by comparison with the view of FIG. 28 or 30 it can be seen that by replacing two passive rods S51, S54 of the four-bar linkages by actuators S61, S64, a further rotation relative to that there shown device is possible. Since otherwise no change was made, it is dispensed with a more detailed explanation of the kinematics.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und erläuterten Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt und an die Aufgabengebiete ange¬ paßt werden. Es soll besonders darauf hingewiesen werden, dass die Bestimmung „parallel" für passive Stäbe, Aktuatoren, Seile etc. je nach den beschriebenen Ausfüh¬ rungsformen nicht für alle Lagen der Plattformen 2, 3 zueinander streng gelten muß, wie insbesondere die Fig. 15, 16; 27; 30, 31 zeigen. Gemeint ist damit immer die Lage der Elemente bei einer „Grundposition" der Plattformen zueinander, und auch dabei können die Anlenkpunkte der Stäbe, Aktuatoren, Seile, so zueinander versetzt sein, dass die Eigenschaft der „Parallelität" nur grosso modo erfüllt ist. Anwendung der Erfindung auf Hubroboter:The invention is not limited to the illustrated and illustrated embodiments, but may be variously modified and adapted to the task areas ange¬. It should be pointed out in particular that the provision "parallel" for passive rods, actuators, cables etc., depending on the embodiments described, does not have to apply to all the layers of the platforms 2, 3 strictly to one another, in particular FIG. 15, 16, 27, 30, 31. This always refers to the position of the elements in a "basic position" of the platforms to each other, and also the points of articulation of the rods, actuators, cables can be offset to each other so that the property of "parallelism "only grosso modo is fulfilled. Application of the invention to lifting robots:
Die Fig. 33-38 zeigen einen fahrbaren Hubroboter, wie er beispielsweise beim Lackieren oder Verzinken oder bei sonstigen Oberflächenbehandlungen großformatiger und entspre¬ chend massereicher Gegenstände, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, verwendet wird. Derartige Vorrichtungen sind, wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, beispielsweise aus der DE 101 00 377 A, der DE 101 03 837 A und der DE 102 57 108 A bekannt. Die dort geoffenbarten Vorrichtungen bedienen sich serieller Kinematik bzw. einer Scharniermechanik und weisen die eingangs genannten Nachteile auf.33-38 show a mobile lifting robot, as used, for example, in painting or galvanizing or in other surface treatments of large-format and correspondingly massive articles, in particular vehicle bodies. Such devices are, as already mentioned in the introduction, for example, from DE 101 00 377 A, DE 101 03 837 A and DE 102 57 108 A known. The devices disclosed there use serial kinematics or a hinge mechanism and have the disadvantages mentioned at the outset.
Zu den Hubrobotern, die hier in der Folge besprochen und näher erläutert werden sollen, ist vorab noch Folgendes auszuführen:For the lifting robots, which will be discussed and explained in more detail below, the following must be stated in advance:
Beim Eintauchen und beim Abtropfen komplexer Gebilde bestehen immer wieder Probleme, die dadurch bedingt sind, dass Luftblasen beim Eintauchvorgang mitgeschleppt werden, die bei der Bewegung mittels einer herkömmlicher Kinematik mehr oder weniger statisch an der Oberfläche des Gegenstandes anliegen und so zu Fehlern in der Beschich- tung führen. Es ist im Stand der Technik bekannt, den zu behandelnden Gegenstand während des Beschichtungsprozesses um eine Achse zu verschwenken, was aber nur in einem sehr kleinen Winkelbereich möglich ist, da es ansonsten zum Auftauchen bzw. Austauchen des Gegenstandes kommt. Man kann so zwar eine lückenlose Beschichtung erreichen, doch kann man nicht verhindern, dass diese Beschichtung im Bereich der Luftblasen stark unterschiedlich ist im Vergleich zu den Gebieten, in denen keine Luftblasen auftreten. Genau genommen handelt es sich bei dem entstehenden Unterschied um eine Funktion der Einwirkzeit, der verwendeten Stromstärke, der Kippwinkel, der Größe der Luftblasen und, besonders komplex, der Form der Oberfläche in dem Bereich, in dem Luftblasen mitgeschleppt werden.When immersing and draining complex structures, there are always problems due to the fact that air bubbles are entrained during the immersion process, which rest more or less statically on the surface of the object during movement by means of conventional kinematics and thus lead to errors in the coating. lead. It is known in the prior art to pivot the object to be treated about an axis during the coating process, but this is possible only in a very small angular range, since otherwise there is the emergence or desiccation of the article. Although it is possible to achieve a complete coating, it is impossible to prevent this coating from being very different in the area of the air bubbles in comparison to areas in which no air bubbles occur. Strictly speaking, the resulting difference is a function of the exposure time, the current used, the tilt angle, the size of the air bubbles and, particularly complex, the shape of the surface in the area where air bubbles are dragged.
Gleichermaßen ist es für das möglichst vollständige Abtropfen der Gegenstände zwischen zwei aufeinander folgenden Tauchbecken wichtig, dass nirgendwo Flüssigkeit in Form von Lacken in Vertiefungen oder in Sacklöchern verbleibt. Dies ist nicht nur wegen der Qualität der Beschichtungen wichtig, sondern auch deshalb, weil durch das Mitschleppen der Chemikalien von einem Tauchbecken zum anderen unangenehme und oft für die Qualität der gesamten Beschichtung nachteilige Mischungen sowohl in den Tauchbecken als auch im Bereich der mitgeschleppten Flüssigkeit an der zu behandelnden Oberfläche entstehen, die darüber hinaus die Entsorgung der Bäder erschweren und so die Umwelt beeinträchtigen.Similarly, for the most complete possible dripping of objects between two consecutive dip basins, it is important that nowhere does liquid in the form of paints remain in depressions or blind holes. This is important not only because of the quality of the coatings, but also because of the entrainment the chemicals from one dip tank to the other unpleasant and often for the quality of the entire coating disadvantageous mixtures in both the plunge pool as well as in the entrained liquid on the surface to be treated arise, which also complicate the disposal of the baths and thus affect the environment.
Diese Probleme kann man durch das Vorsehen einer zweiten Kippachse eliminieren oder zumindest stark verringern, doch war es mit der seriellen Kinematik gemäß dem Stand der Technik nicht auf vertretbare Weise möglich, eine zweite Kippachse vorzusehen.These problems can be eliminated or at least greatly reduced by providing a second tilt axis, but with prior art serial kinematics it has not been possible to reasonably provide a second tilt axis.
Die Fig. 33-38 zeigen nun eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen parallelen Kinematik, die diese Ziele erreicht und somit die genannten Nachteile vermeidet:FIGS. 33-38 now show an embodiment of a parallel kinematics according to the invention which achieves these goals and thus avoids the mentioned disadvantages:
Die Fig. 33 zeigt eine auf Rollen verfahrbare feste Plattform 2 (auf die Möglichkeit, dass auch die feste Plattform an sich verfahrbar ist, wurde weiter oben bereits ausführlich eingegangen) und eine mittels der erfindungsgemäßen Kinematik mit dieser festen Platt¬ form 2 verbundene bewegliche Plattform 3, die als Objektträger dient und im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Karosserie 14, die rein schematisch angedeutet ist, verbun¬ den ist.FIG. 33 shows a fixed platform 2 which can be moved on rollers (the possibility of the fixed platform itself being moved on above has already been discussed in detail above) and a movable platform connected to this fixed platform 2 by means of the kinematics according to the invention 3, which serves as a slide and in the illustrated embodiment with a body 14, which is indicated purely schematically verbun¬ is the.
Die Verbindung zwischen der festen Plattform 2 und der beweglichen Plattform 3 erfolgt über zwei Gelenkvierecke 15, 16 und eine sogenannte Querstange 17. Den Gelenkvier¬ ecken 15, 16, die jeweils aus Aktuatoren gebildet sind, ist eine diagonal verlaufende passive Stange S 15, Sl 6 zugeordnet, durch die das Gelenkviereck in zwei Dreiecke, sogenannte Zeigerpaare bzw. Kraftecke, zerlegt wird, mit der Maßgabe, dass jeder passive Stab S 15, S16 zwei Zeigerpaaren zugehörig ist.The connection between the fixed platform 2 and the movable platform 3 via two four-bar linkages 15, 16 and a so-called crossbar 17. The Gelenkvier¬ corners 15, 16, each formed of actuators, is a diagonally extending passive rod S 15, Sl 6, by which the four-bar linkage in two triangles, so-called pointer pairs or force corner, is decomposed, with the proviso that each passive rod S 15, S16 two pairs of pointers associated.
Die Gelenkvierecke müssen nicht im mathematischen Sinn in einer Ebene liegen, es können die Fußpunkte bzw. Kopfpunkte der beteiligten Stäbe auch knapp versetzt zueinander liegen, doch ist es wesentlich, dass im technischen Sinn und im Vergleich zur Größe der Zeigerpaare die „Dicke" eines solchen Gelenkviereckes klein ist gegenüber der Länge seiner Stäbe. Dies gilt nicht nur für dieses Ausführungsbeispiel sondern für die praktische Umsetzung der Erfindung ganz allgemein. Es ist weiters zu bedenken, dass bei Schrägstellungen zwischen den Plattformen 2, 3 (Fig. 38) von Stäben gebildete „Ebenen" im mathematischen Sinn überhaupt nicht mehr vorliegen.The four-bar linkages need not lie in a mathematical sense in a plane, it may be the base points or points of the participating rods also just offset from each other, but it is essential that in the technical sense and compared to the size of the pointer pairs the "thickness" of such It is not only for this embodiment but for the practical implementation of the invention in general Inclinations between the platforms 2, 3 (Fig. 38) formed by rods "levels" in the mathematical sense are no longer present.
Die bewegliche Plattform 3 hat im dargestellten Beispiel die Besonderheit, dass die Gelenkvierecke 15, 16 an Stellen mit unterschiedlicher Winkellage an der beweglichenThe movable platform 3 has in the example shown, the special feature that the four-bar linkages 15, 16 at locations with different angular position on the movable
Plattform 3 angreifen, ähnlich wie dies in allgemeiner Lage in Fig. 7 angedeutet ist. Dies bedeutet, dass der in Fig. 12 sichtbare Hebel 13 der beweglichen Plattform 3 zu seinem hinter der Karosserie befindlichen und daher nicht sichtbaren Pendant nicht parallel verläuft, sondern einen Winkel, bevorzugt von größer als 45° (in der Projektion) ein- schließt. Dadurch wird es möglich, die bewegliche Plattform 3 und damit die darauf befestigte Karosserie 14 „durchzudrehen", soferne nur die Enden der Karosserie 14 nicht am Querbalken der festen Plattform 2 oder der Wanne, der Decke der Halle, etc. anstoßen.Attack platform 3, similar to what is indicated in general position in Fig. 7. This means that the lever 13 of the movable platform 3 visible in FIG. 12 does not run parallel to its counterpart located behind the body and therefore not visible, but encloses an angle, preferably of greater than 45 ° (in the projection). This makes it possible to "spin" the movable platform 3 and thus the body 14 mounted thereon, provided that only the ends of the body 14 do not abut the crossbeam of the fixed platform 2 or the tub, the ceiling of the hall, etc.
Die Fig. 34 zeigt die Situation mit angehobener und um ca. 90° um die Querachse gedreh- ter beweglicher Plattform 3, die Fig. 35 zeigt das weitere Anheben der Plattform 3 mit unveränderter Winkellage über die feste Plattform 2 hinaus, die Fig. 36 das Zurückdrehen der beweglichen Plattform 3 und die Fig. 37, in einer Seitenansicht bezüglich der festenFIG. 34 shows the situation with the movable platform 3 raised and rotated about 90 ° about the transverse axis, FIG. 35 shows the further lifting of the platform 3 with an unchanged angular position beyond the fixed platform 2, FIG the turning back of the movable platform 3 and Fig. 37, in a side view with respect to the fixed
Plattform 2 die Möglichkeit des Schrägstellens der beweglichen Plattform 3 und der darauf montierten Karosserie 14. In dieser Darstellung ist trotzt der verschiedenen Überschnei- düngen deutlich zu erkennen, dass die Gelenkvierecke 15, 16 nicht kongruent zueinander liegen, sondern leicht unterschiedliche Winkel zur Zeichenebene aufweisen, dadurch wird, weil ja die quer verlaufenden Elemente der beweglichen Plattform 3 nun schräg stehen, auch die Lage der Gelenkvierecke aus ihrer parallelen Lage zueinander leicht geändert. In der gesamten Beschreibung wird aber, wo es auf diese Änderungen nicht gerade ankommt, diese geringfügige Abweichung nicht gesondert beschrieben und erwähnt, um diePlatform 2 the possibility of tilting the movable platform 3 and the body mounted thereon 14. In this representation, despite the various overlapping fertilize clearly recognize that the four-bar linkages 15, 16 are not congruent to each other, but slightly different angles to the plane, This is because, since the transverse elements of the movable platform 3 are now inclined, and the position of the four-bar linkages from their parallel position to each other easily changed. However, throughout this description, where these changes are not important, this minor deviation will not be described and mentioned separately
Lesbarkeit nicht zu beeinträchtigen.Not to impair readability.
Die Fig. 38, die eine Ansicht der Position gemäß Fig. 37 etwa in Richtung des Pfeils XXXVIII zeigt, demonstriert deutlich die unterschiedliche Winkellage der Abschnitte 13, 18 der beweglichen Plattform 3 zueinander und deren Schrägstellung bezüglich der festen Plattform 2. Durch diese unterschiedliche Winkellage (im Raum gesehen „windschief) werden Totpunkte und Singularitäten vermieden und es ist möglich, die Plattform 3 um die plattformseitigen Enden der Winkel 13, 18 in beliebiger Richtung und beliebig oft durch- zudrehen, solange nur der mit der Plattform 3 verbundene Gegenstand nicht an der Platt¬ form 2 (oder den einzelnen Stäben) oder der Umgebung anschlägt. In dieser Darstellung ist auch gut ersichtlich, dass die Gelenkvierecke 15, 16 nicht im mathematischen Sinn in einer Ebene liegen, sondern dass die Fußpunkte der Stäbe auf der festen Plattform 2 zueinander versetzt angeordnet sind, und darüber hinaus durch die Schrägstellung der beweglichen Plattform 3 bezüglich der festen Plattform 3 überhaupt leicht windschief zueinander verl¬ aufen. In der Beschreibung und den Ansprüchen ist dies aus Gründen der leichteren Les¬ barkeit nicht explizit angeführt, muss jedoch so verstanden werden.Fig. 38, which shows a view of the position of FIG. 37 approximately in the direction of the arrow XXXVIII, clearly demonstrates the different angular position of the sections 13, 18 of the movable platform 3 to each other and their inclination relative to the fixed platform 2. By this different angular position (as seen in the room "askew"), dead centers and singularities are avoided and it is possible to move the platform 3 around the platform-side ends of the angles 13, 18 in any direction and as often as desired. turn as long as only the object connected to the platform 3 does not hit the platform 2 (or the individual bars) or the surroundings. In this representation, it is also clearly visible that the four-bar linkages 15, 16 are not in a mathematical sense in a plane, but that the bases of the rods are arranged offset on the fixed platform 2 to each other, and also by the inclination of the movable platform 3 with respect the solid platform 3 at all slightly skew verla aufen each other. This is not explicitly stated in the description and the claims for reasons of easier readability, but must be understood as such.
Die Fig. 39-42 zeigen eine weiter flexible Variante, bei der auch die im vorigen Beispiel innerhalb der Gelenkvierecke diagonal verlaufende, passive Stäbe als Akruatoren Al 5 bzw. Al 6 ausgebildet sind und so weitere Freiheitsgrade, insgesamt nunmehr alle sechs, und, mit dem allerdings nicht zur Erfindung gehörenden Verfahren der festen Plattform 2 entlang ihrer Laufbahn, sogar sieben Freiheitsgrade zugänglich werden.FIGS. 39-42 show a further flexible variant, in which the passive bars extending diagonally within the four-bar linkages in the previous example are also constructed as acutators Al 5 and Al 6 and thus further degrees of freedom, now all six, and, with the method of the fixed platform 2, however, not belonging to the invention along its career, even seven degrees of freedom are accessible.
Der große Vorteil dieser Ausbildungsform, die auf den ersten Blick nicht viel zu bringen scheint, liegt darin, dass die Tauch-, Kipp- und Drehmanöver der beweglichen Plattform 3 und damit der Karosserie 14 wie aus der Abfolge der Figuren ersichtlich ist, auf wesentlich kürzerem Weg durchgeführt werden können als bei der ersten dargestellten Ausführungs- form gemäß den Fig. 33-38, und dass dadurch die Gefahr der Kollision von Karosserien, die auf benachbarten festen Plattform 2 montiert sind, viel leichter ausgeschlossen werden können. Besonders wichtig ist aber, dass auf diese Weise in der Länge der Behand¬ lungsstraße erheblich Platz gespart werden kann, was bei den Beiz-, Grundier- und Lackiervorgängen sowie beim anschließenden Trocknen wegen der notwendigen Einhausungen und Abdichtungen gegenüber der Umgebung einen großen Vorteil mit sich bringt.The great advantage of this form of training, which at first glance does not seem to be much, is that the diving, tilting and turning maneuvers of the movable platform 3 and thus of the body 14, as can be seen from the sequence of figures, are much shorter Can be performed as in the first illustrated embodiment shown in FIGS. 33-38, and thereby the risk of collision of bodies mounted on adjacent fixed platform 2, can be much easier excluded. However, it is particularly important that considerable space can be saved in this way in the length of the treatment line, which is a great advantage in the pickling, priming and painting processes and in the subsequent drying because of the necessary enclosures and seals against the environment brings.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann bei entsprechenden Randbedingungen die dargestellte Kinematik auch ortsfest ver- wendet werden, es ist dann die feste Plattform 2 tatsächlich eine feste oder drehbare Platt¬ form. Eine derartige Ausbildung der Erfindung kann beispielsweise zum Umsetzen von Werkstücken am Ende einer Fertigungsstraße verwendet werden, es muss dazu nur die bewegliche Plattform 3 passende Greiforgane bzw. Halteorgane besitzen. Die Schenkel 13, 18 der beweglichen Plattform 3 müssen nicht den dargestellten Winkel miteinander einschließen, die Fußpunkte der Stäbe auf der festen Plattform 2 müssen nicht die dargestellte fluchtende bzw. symmetrische Anordnung aufweisen, wesentlich ist, dass ein Tripelpunkt, sei er nun ein echter oder ein Pseudo-Tripelpunkt, ausgebildet ist, was bevorzugt auf der beweglichen Plattform 3 erfolgt, da dann die Gewinne bei der Rechen¬ arbeit für die Bewegung der beweglichen Plattform gegenüber der festen Plattform im Vergleich zum Stand der Technik am Größten sind.Of course, the invention is not limited to the illustrated embodiments. Thus, with corresponding boundary conditions, the illustrated kinematics can also be used in a stationary manner; in that case, the fixed platform 2 is a fixed or rotatable platform. Such a configuration of the invention can be used, for example, for transferring workpieces at the end of a production line must have only the movable platform 3 matching gripping organs or holding organs. The legs 13, 18 of the movable platform 3 need not include the angle shown with each other, the bases of the bars on the fixed platform 2 need not have the illustrated aligned or symmetrical arrangement, it is essential that a triple point, be it a real or a pseudo-triple point is formed, which preferably takes place on the movable platform 3, since then the profits in the Rechen¬ work for the movement of the movable platform relative to the fixed platform in comparison with the prior art are the largest.
Anwendung der Erfindung auf Knickarm-Kinematiken:Application of the invention to articulated-arm kinematics:
Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Anwendungsbeispiele betreffend verschiedene Formen von sogenannten Knickarmen, wie Sie bei Robotern in der industriellen Fertigung verwendet werden, geoffenbart. Derartige Konstruktionen werden, unter anderer Bezeichnung, auch im Kranbau, bei Hebezeugen, sogenannten Manipula¬ toren, etc., verwendet. Derartige Gebilde bestehen aus einer Basis, einem daran befestigten Oberarm, einem daran vorgesehenen Gelenk, oft Ellenbogen genannt, und einem Unterarm mit Werkzeugträger, Greifer, etc.. Es ist nun die Grundidee der Erfindung, zumindest eine, bevorzugt beide der Untereinheiten Basis-Arm-Ellenbogen bzw. Ellenbogen-Unterarm- Werkzeugträger durch zumindest eine erfindungsgemäße Parallelkinematik zu ersetzen.The invention will be described in the following with reference to some examples of application concerning various forms of so-called articulated arms, as used in robots in industrial production. Such constructions are, under other name, also in crane construction, in hoists, so-called Manipula¬ factors, etc., used. Such structures consist of a base, an attached upper arm, a joint provided thereon, often called elbows, and a forearm with tool carrier, gripper, etc. It is now the basic idea of the invention, at least one, preferably both subunits base arm -Ellenbogen or elbow forearm tool support by at least one parallel kinematics according to the invention to replace.
Die Fig. 43 bis 49 zeigen eine erste Variante eines Knickarmes, wie er beispielsweise für einen Roboter oder eine spezielle Hubanordnung, beispielsweise einen Kran, etc. verwendet werden kann. Die Grundidee bei der Verwirklichung des Knickarmes liegt neben der Verwendung von Tripelpunkten oder Pseudo-Tripelpunkten vor allem darin, durch eine serielle Kombination zweier parallelkinematischer Vorrichtungen die bisherigen Nachteile von mechanischen Systemen, die auf Parallelkinematik beruhen, zu vermeiden.FIGS. 43 to 49 show a first variant of an articulated arm, as it can be used, for example, for a robot or a special lifting arrangement, for example a crane, etc. The basic idea in the realization of the articulated arm, in addition to the use of triple points or pseudo-triple points, is above all to avoid the previous disadvantages of mechanical systems based on parallel kinematics by a serial combination of two parallel kinematic devices.
Wie eingangs erläutert, weisen bekannte Parallelkinematiken den großen Nachteil auf, einen großen Raumbedarf zu besitzen und dabei nur einen sehr geringen Arbeitsbereich zu erfassen. Durch die Erfindung, die vorschlägt, zwei parallelkinematische Systeme in Serie zu schalten, wobei die bewegliche Plattform des ersten Systems als feste Plattform des zweiten Systems dient und somit zu einer Mittelplattform wird, gelingt es, äußert beweg- liche und mit einem großen Aktionsradius ausgestattete Vorrichtungen zu schaffen. Die durch das serielle Anordnen von Kinematiken üblichen Nachteile treten überraschender¬ weise praktisch nicht auf, da einerseits nur eine zweistufige Serie geschaffen wird, insbesondere aber auch, weil durch die parallelkinematische Ausbildung der beiden Stufen der seriellen Kinematik die toten Massen außerordentlich klein sind und da durch die üblicherweise verwendeten Lager, wie oben ausgeführt, meist vorgespannte und damit hochgenaue Lager, eine der wesentlichen Problematiken der seriellen Kinematik, nämlich die Addition der Fehler der Positionierung, keine praktische Rolle spielt.As explained above, known parallel kinematic systems have the great disadvantage of having a large space requirement and thereby only detecting a very small working range. By the invention, which proposes to connect two parallel kinematic systems in series, wherein the movable platform of the first system serves as a fixed platform of the second system and thus becomes a middle platform, it is possible, extremely moving To create a long and equipped with a large radius of action devices. The conventional disadvantages of the serial arrangement of kinematics occur surprisingly practically not, since on the one hand only a two-stage series is created, but in particular because of the parallel kinematic design of the two stages of the serial kinematics, the dead masses are extremely small and there through the bearings usually used, as stated above, usually preloaded and thus highly accurate bearings, one of the main problems of the serial kinematics, namely the addition of the errors of positioning, does not play a practical role.
In den Fig. 43 bis 49 ist nun eine erste Variante eines solchen Knickarmes dargestellt, der an seiner beweglichen Plattform ein Werkzeug, eine Hubvorrichtung, eine Greifvorrich¬ tung, ein Werkstück etc. ergreifen, halten, bearbeiten, führen, heben etc. kann.A first variant of such an articulated arm is shown in FIGS. 43 to 49, which can grasp, hold, process, guide, lift, etc. on its movable platform a tool, a lifting device, a gripping device, a workpiece, etc.
Es zeigt dabei die Fig. 43 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Knickarm 101, bestehend im wesentlichen aus einer festen Plattform 102, einer ersten Parallelkinematik 105, einer Zwischenplattform 104, einer zweiten Parallelkinematik 106 und einer bewegli¬ chen Plattform 103. Die feste Plattform 102 kann tatsächlich fest verankert sein, beispiels¬ weise im Fundament einer Werkhalle oder an einer Bearbeitungsmaschine, es kann sich, wenn der Knickarm als Kran verwendet wird, die feste Plattform 102 entlang von Schienen bewegen oder zumindest um ihre vertikale Mittelachse drehbar gelagert sein, es kann, wenn der Knickarm 101 als Führung für eine Baggerschaufel dient, die feste Plattform 102 mit einer Tragvorrichtung eines Fahrzeuges verbunden sein u.dgl. mehr.FIG. 43 shows a plan view of an articulated arm 101 according to the invention, consisting essentially of a fixed platform 102, a first parallel kinematics 105, an intermediate platform 104, a second parallel kinematics 106 and a movable platform 103. The fixed platform 102 can in fact be firmly anchored, for example in the foundations of a workshop or on a machine tool, it can, when the articulated arm is used as a crane, move the fixed platform 102 along rails or at least rotatably mounted about its vertical center axis, it can, when the articulated arm 101 serves as a guide for an excavator bucket, the fixed platform 102 may be connected to a carrying device of a vehicle and the like. more.
Die erste Parallelkinematik 105 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Zeigerpaaren bzw. Kraftecken 107, 108, die jeweils aus einem Aktuator und einem passiven Stab bestehen und an der Zwischenplattform 104 Doppelpunkte ausbilden. An einem dieser Doppelpunkte ist durch einen Querstab 109 ein Tripelpunkt 110 ausgebildet, womit all die Vorteile, die in der Einleitung der Beschreibung ausführlich erläutert wurden, erreicht werden.The first parallel kinematics 105 consists in the illustrated embodiment of two pairs of pointers or force corners 107, 108, each consisting of an actuator and a passive rod and forming at the intermediate platform 104 colons. At one of these colons is formed by a cross bar 109 a triple point 110, whereby all the advantages that have been explained in detail in the introduction of the description, are achieved.
Es soll, nicht nur zur Fig. 43, sondern zu allen anderen Figuren auch, nochmals darauf hingewiesen werden, dass aus Gründen der einfacheren Darstellung die an Doppelpunkten, Tripelpunkten oder Pseudo-Tripelpunkten beteiligten Stäbe bzw. Verbindungselemente als einfach in diese Punkte einmündend und damit auch als untereinander einmündend dargestellt werden, ohne dass die tatsächliche mechanische Ausbildung der Kinematik in diesem Bereich gezeigt wird. Diese ist in den Fig. 1 bis 1 1 ausführlich dargestellt und erläutert, sodass aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit bei den Figuren, die die gesamten Kinematiken in ihren verschiedenen Ausbildungen zeigen, diese Details nicht dargestellt werden.It should be pointed out, not only to FIG. 43, but also to all other figures, that once again, for reasons of simpler representation, the bars or connecting elements involved in colons, triple points or pseudo-triple points are known as Simply merging into these points and thus also as merging with each other, without the actual mechanical training of kinematics in this area is shown. This is shown and explained in detail in FIGS. 1 to 1, so that these details are not shown for reasons of clarity in the figures, which show the entire kinematics in their various forms.
Die vorstehend erläuterte erste Parallelkinematik 105 bewegt die Zwischenplattform 104 so, wie es an Hand der Fig. 1 bis 11 dargelegt worden ist. Nunmehr wird diese Zwischen- plattform 104 als feste Plattform für eine zweite Parallelkinematik 106 verwendet bzw. angesehen, die ähnlich aufgebaut ist wie die erste Parallelkinematik 105, aber einfacher, nämlich mit nur einem Aktuator 122, ausgebildet ist. Es ist auch hier ein Tripelpunkt bzw. Pseudo-Tripelpunkt 120 an der beweglichen Plattform 103 vorgesehen, sodass auch diese Parallelkinematik erfmdungsgemäß ausgebildet ist und alle damit erreichbaren Vorteile erhalten werden. Es ist besonders darauf hinzuweisen, dass bei den Parallelkinematiken gemäß dem Stand der Technik der Rechenaufwand derart kaskadierter Systeme, von denen schon jedes für sich nur iterativ zu lösen ist, absolut unbeherrschbar wäre.The above-described first parallel kinematics 105 moves the intermediate platform 104 as it has been explained with reference to FIGS. 1 to 11. Now, this intermediate platform 104 is used as a fixed platform for a second parallel kinematics 106, which has a similar structure to the first parallel kinematics 105, but is designed to be simpler, namely with only one actuator 122. Here, too, a triple point or pseudo-triple point 120 is provided on the movable platform 103, so that this parallel kinematic is also designed according to the invention and all the advantages that can be achieved with it are obtained. It should be particularly noted that in the parallel kinematics according to the prior art, the computational complexity of such cascaded systems, each of which alone is only iteratively to solve, would be absolutely unmanageable.
Wie aus den Fig. 43 bis 49 ebenfalls leicht zu erkennen ist, besteht die zweite Parallel- kinematik 106 dem Grunde nach aus einer Art Fortsatz der Zwischenplattform 104 und bildet, solange der Akruator 122 nicht betätigt wird, einfach einen Teil dieser Zwischen¬ plattform 104, die sodann gemeinsam mit der beweglichen Plattform 103 eine „exotische bewegliche Plattform" der ersten parallelkinematischen Vorrichtung 105 darstellt.As is likewise easy to recognize from FIGS. 43 to 49, the second parallel kinematics 106 basically consists of a type of extension of the intermediate platform 104 and, as long as the activator 122 is not actuated, simply forms part of this intermediate platform 104 which, together with the movable platform 103, then constitutes an "exotic movable platform" of the first parallel kinematic device 105.
Durch die Ausbildung eines der Stäbe der zweiten Parallelkinematik 106 als Akruator 122 und die passende Anordnung der Anlenkpunkte (Kopfpunkte) der anderen Stäbe an der beweglichen Plattform 103 als Doppelpunkte bzw. als Tripelpunkt wird nun eine Drehmöglichkeit um die durch die Anlenkpunkte an der beweglichen Plattform definierte Achse 121 geschaffen, und so aus der oben erläuterten exotischen beweglichen Plattform der ersten Parallelkinematik 105 eine Zwischenplattform 104 mit anschließender zweiter Parallelkinematik 106. Die vielfaltigen Bewegungsmöglichkeiten dieser Kinematik gehen aus den folgenden Figu¬ ren hervor, in denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur mehr die jeweils bedeutsam¬ sten Bezugszeichen eingetragen sind. Dabei zeigt die Fig. 44 eine Seitenansicht des Knick¬ armes in der Stellung der Fig. 43 und die Fig. 45 eine Frontalansicht in dieser Stellung. Die Fig. 46 zeigt eine perspektivische Ansicht, die Fig. 47, 48 und 49 zeigen Ansichten in anderen Stellungen, wobei verschiedentlich (Fig. 47) auch der Querstab 119 der zweiten Parallelkinematik 106, der gemeinsam mit einem Zeigerpaar den Tripelpunkt 120 der zweiten Parallelkinematik 106 ausbildet, gut sichtbar ist.By forming one of the bars of the second parallel kinematics 106 as an achromat 122 and the appropriate arrangement of the articulation points (head points) of the other bars on the movable platform 103 as colons or as a triple point is now a possibility of rotation defined by the articulation points on the movable platform Axle 121 created, and so from the above-mentioned exotic movable platform of the first parallel kinematics 105 an intermediate platform 104 with subsequent second parallel kinematics 106th The various possibilities of movement of this kinematics are apparent from the following figures, in which, for reasons of clarity, only the respectively most significant reference numerals have been entered. FIG. 44 shows a side view of the articulated arm in the position of FIG. 43, and FIG. 45 shows a frontal view in this position. Fig. 46 shows a perspective view, Figs. 47, 48 and 49 show views in other positions, wherein variously (Fig. 47) and the transverse bar 119 of the second parallel kinematic 106, which together with a pair of pointers the triple point 120 of the second parallel kinematic 106 forms, is clearly visible.
Wenn man diese Beweglichkeit mit der Beweglichkeit üblicher Parallelkinematiken, wie beispielsweise dem Hexapod oder dem Tricept vergleicht, erkennt man die überraschende Vervielfachung der Reichweite und die mannigfaltigen Orientierungsmöglichkeiten der beweglichen Plattform, die nur durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Knickarmes möglich ist.If one compares this mobility with the mobility of conventional parallel kinematics, such as the Hexapod or the Tricept, one recognizes the surprising multiplication of the range and the various orientation possibilities of the movable platform, which is possible only by the inventive design of the articulated arm.
Die Fig. 43 bis 49 zeigen Positionen des Knickarmes, die erreicht werden können, wenn die beiden Zeigerpaare 107, 108 synchronisiert bewegt werden. Bei dieser Art der Bewe¬ gung ist es, wie insbesondere aus Fig. 47 hervorgeht, möglich, die bewegliche Plattform 103 normal zum Boden zu orientieren. Die Fig. 50 bis 53 zeigen nun Bewegungen, bei denen die beiden Zeigerpaare 107, 108 nicht synchron sondern voneinander unabhängig betätigt werden und es ist aus dieser Abfolge von Darstellungen ersichtlich, dass dann zwar eine zusätzliche Beweglichkeit der beweglichen Plattform 103 gewonnen wird, dass aber dafür der Preis zu zahlen ist, dass die bewegliche Plattform 103 nicht mehr normal bzw. parallel zum Boden, darunter wird hier die Ebene verstanden, in der die Fußpunkte der Verbindungsglieder (Stäbe, Aktuatoren) der ersten Parallelkinematik 105 angeordnet sind, erreicht wird. In der Folge wird dargelegt, wie erfindungsgemäß auch unter solchen Bedingungen eine solche Orientierung möglich wird.FIGS. 43 to 49 show positions of the articulated arm which can be achieved when the two pairs of pointers 107, 108 are moved synchronously. With this type of movement, as is apparent in particular from FIG. 47, it is possible to orient the movable platform 103 normal to the ground. FIGS. 50 to 53 now show movements in which the two pairs of pointers 107, 108 are not operated synchronously but independently of one another and it can be seen from this sequence of illustrations that an additional mobility of the movable platform 103 is then obtained, but that for the price is payable that the movable platform 103 is no longer normal or parallel to the ground, including here the level is understood, in which the bases of the links (rods, actuators) of the first parallel kinematics 105 are arranged is achieved. In the following it will be explained how according to the invention such an orientation becomes possible even under such conditions.
Aus Fig. 50, einer Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Knickarm entsprechend dem der Fig. 43 bis 49 ist ersichtlich, dass das Zeigerpaar 107 und das Zeigerpaar 108 nicht mehr symmetrisch zueinander verlaufen (asynchrone Betätigung der Zeigerpaare), d.h. der Aktuator des Zeigerpaares 107 ist länger als der Aktuator des Zeigerpaares 108, wodurch eine Drehung der Zwischenplattform 104 und damit der gesamten zweiten Kinematik 106 bewirkt wird. Diese in vielen Fällen angestrebte Schräglage und die damit erzielte größere Reichweite bringt es durch Schrägstellung der Zwischenplattform 104 aber mit sich, dass, wie oben kurz angeführt, die bewegliche Plattform 103 nicht mehr in eine Ebene normal bzw. parallel zu der Ebene der festen Plattform 102 gebracht werden kann. Dies ist insbe- sondere im Zusammenhalt mit den Fig. 51 bis 53 ersichtlich.From Fig. 50, a plan view of an inventive articulated arm according to that of Figs. 43 to 49 it can be seen that the pair of pointers 107 and the pair of pointers 108 are no longer symmetrical to each other (asynchronous operation of the pointer pairs), ie the actuator of the pair of pointers 107 is longer as the actuator of the pointer pair 108, whereby a rotation of the intermediate platform 104 and thus the entire second kinematics 106th is effected. However, this oblique position and the greater range achieved thereby in many cases entail that, as indicated above, the movable platform 103 is no longer in a plane normal or parallel to the plane of the fixed platform 102 due to inclination of the intermediate platform 104 can be brought. This can be seen in particular in cohesion with FIGS. 51 to 53.
Die Fig. 54 bis 64 zeigen eine zweite Variante 201 eines Knickarmes, die sich von der ersten Variante 101 nur dadurch unterscheidet, dass das Zeigerpaar 208 (von der Anord¬ nung her entsprechend dem Zeigerpaar 108 der ersten Ausführungsform) aus zwei Aktua- toren besteht, während das Zeigerpaar (Krafteck) 108 der ersten Variante 101 aus einem Aktuator und einem passiven Stab bestand. Die Folge dieser einfachen Maßnahme ist nun unmittelbar aus den Figuren zu erkennen, es ist hier auch bei nicht synchronisierter Bewegung der Zeigerpaare (Kraftecke) 207, 208 stets möglich, die bewegliche Plattform 203 normal bzw. parallel zur Ebene zur festen Plattform 202 zu orientieren was aus der in den dargestellten Positionen stets waagrecht verlaufenden Achse 221 erkennbar ist, um die die bewegliche Plattform 203 durch Betätigen des Aktuators 222 verschwenkt wird. Dies ist insbesondere aus der Zusammenschau der Fig. 27 bis 33 gut zu erkennen.FIGS. 54 to 64 show a second variant 201 of an articulated arm, which differs from the first variant 101 only in that the pointer pair 208 (of the arrangement according to the pointer pair 108 of the first embodiment) consists of two actuators while the pointer pair (power connector) 108 of the first variant 101 consisted of an actuator and a passive rod. The consequence of this simple measure can now be seen directly from the figures, it is always possible to orient the movable platform 203 normal or parallel to the plane to the fixed platform 202, even in the case of non-synchronized movement of the pointer pairs (force corner) 207, 208 can be seen from the always horizontal in the illustrated positions axis 221, by which the movable platform 203 is pivoted by operating the actuator 222. This can be clearly seen in particular from the synopsis of FIGS. 27 to 33.
Selbstverständlich sind mit dieser Ausgestaltung des Knickarmes 201 in jeder der gezeig- ten Positionen auch in weiten Grenzen andere Orientierungen der beweglichen Plattform 203 erreichbar, es sind auch alle Positionen erreichbar, die mit der zuvor erläuterten Variante 101 erreichbar sind, und selbstverständlich auch schräge Positionen der beweg¬ lichen Plattform 203, doch soll mit den Darstellungen in der Zeichnung die Möglichkeit des Einnehmens ganz bestimmter Lagen und Positionen dargestellt werden, die ebenfalls erreichbaren windschiefen relativen Positionen der festen Plattform 202 und der beweglichen Plattform 203 bedürfen als Zwischenlagen nach diesseitiger Ansicht keiner näheren Erläuterung.Of course, with this embodiment of the articulated arm 201 in each of the gezeig- shown positions, other orientations of the movable platform 203 can be reached within a wide range, it can also be reached all positions that can be achieved with the previously described variant 101, and of course also oblique positions of beweg¬ union platform 203, but with the representations in the drawing, the possibility of occupying very specific positions and positions are shown, the equally achievable skew relative positions of the fixed platform 202 and the movable platform 203 require as intermediate layers after this view no further explanation ,
Eine Art Sonderform eines erfindungsgemäßen Knickarmes ist in den Fig. 65 bis 68 darge- stellt. Die Fig. 65 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Knickarm 301, der im Prinzip ähnlich aufgebaut ist wie die Knickarme 101 und 201. Als Besonderheit sind alle drei Stä¬ be, die zum Tripelpunkt 310 führen, als Aktuatoren ausgebildet, vom Zeigerpaar 307 (Fig. 67) ist ein Stab ein Aktuator, der andere ein passiver Stab. Wie schon beim Knickarm 201 ist auch der Querstab 309 ein Aktuator und greift am Tripelpunkt 310 an.One type of special form of articulated arm according to the invention is shown in FIGS. 65 to 68. FIG. 65 shows a perspective view of an articulated arm 301, which in principle has a similar structure to the articulated arms 101 and 201. As a special feature, all three stacks leading to the triple point 310 are designed as actuators, by the pair of pointers 307 (Figure 67) one rod is an actuator, the other a passive rod. As with the articulated arm 201, the transverse rod 309 is also an actuator and acts on the triple point 310.
Durch diese Ausgestaltung ist es nun ein Leichtes, die zweite Parallelkinematik aus- schließlich aus passiven Stäben so aufzubauen, dass durch entsprechende Platzierung derThis refinement makes it easy to construct the second parallel kinematics exclusively from passive rods in such a way that by appropriate placement of the
Zwischenplattform 304 die Ebene der beweglichen Plattform 303, definiert durch die daran angreifenden Anlenkpunkte der Stäbe der zweiten Parallelkinematik 306, stets parallel zurIntermediate platform 304, the plane of the movable platform 303, defined by the attacking points of articulation of the rods of the second parallel kinematics 306, always parallel to
Ebene der festen Plattform 302, definiert durch die Angriffspunkte der daran angreifendenPlane of the fixed platform 302 defined by the points of attack of the attacking one
Verbindungselemente der ersten Parallelkinematik 305, verläuft. Eine derartige Anordnung ist bei Schneid- oder Heftmaschinen, bei Prüfvorrichtungen für ebene Oberflächen, beiConnecting elements of the first parallel kinematics 305 runs. Such an arrangement is in cutting or stapling machines, in flat surface testing devices
Kränen, Hubmagneten, etc. wegen des geringen toten Gewichtes vorteilhaft und für die vorgesehenen Tätigkeiten völlig ausreichend. Es sei hier noch auf den großenCranes, solenoids, etc. advantageous because of the low dead weight and completely sufficient for the intended activities. It is still on the big one here
Arbeitsradius dieser Vorrichtung hingewiesen, insbesondere, wenn die feste Plattform 302 um ihre Hochachse drehbar und/oder entlang einer geraden oder kreisförmigen Bahn verfahrbar ausgebildet ist.Working radius of this device pointed, in particular, when the fixed platform 302 is rotatable about its vertical axis and / or formed along a straight or circular path movable.
Die Fig. 69 bis 71 zeigen eine besondere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Knick¬ armes, die besonders bei Anwendungen vorteilhaft ist, bei denen eine rasche und genaue Positionierung eines Werkzeuges gewünscht ist. Dies kann beispielsweise ein Laser- schneidgerät, eine Wasserstrahlschneidgerät, eine Überwachungskamera oder etwas ähnliches sein.FIGS. 69 to 71 show a particular embodiment of a knuckle arm according to the invention, which is particularly advantageous in applications in which rapid and accurate positioning of a tool is desired. This can be, for example, a laser cutting device, a water jet cutting device, a surveillance camera or something similar.
Die Vorrichtung besteht aus einer ersten Kinematik 405, die so aufgebaut ist wie die anhand des ersten Beispiels erläuterte erste Kinematik 105. An der Zwischenplattform 404 ist eine zweite Kinematik befestigt, die ähnlich ausgebildet ist wie die zweiten Kinemati¬ ken 206 bzw. 306, nur fehlt der Aktuator 222 bzw. der dessen Stelle einnehmende passive Stab (ohne Bezugszeichen). Die bewegliche Plattform 403 degeneriert damit zu einer Achse oder Welle 421 analog zur Achse 221 (Fig. 59) und auf dieser Achse sitzt, kardanisch gelagert, eine Arbeitsplattform 431. Diese Arbeitsplattform 431 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem symbolischen Werkzeug versehen. An der kardanischen Aufhängung greift eine Parallelogrammführung an, die für die stets vertikale Ausrichtung (bezogen auf die Ebene der festen Plattform 402) des Werkzeuges sorgt. Die Parallelogrammführung 430 ist an der festen Plattform 402 um eine vertikale Achse drehbar gelagert und besteht aus zwei aneinander gereihten, eine gemeinsame Seite aufweisenden Parallelogrammen, sodass die Halterung an der kardanischen Aufhängung stets parallel zur Aufhängung an der festen Plattform 402 verläuft. Durch die Drehmög- lichkeit um die vertikale Achse an der festen Plattform 402 wird die Parallelogramm¬ führung 430 stets den Bewegungen der zur Welle 421 degenerierten beweglichen Plattform 403 nachgeführt.The device consists of a first kinematics 405, which is constructed as the first kinematics 105 explained with reference to the first example. A second kinematics, which is designed similar to the second kinematics 206 or 306, is attached to the intermediate platform 404 only the actuator 222 or the passive rod occupying its position (without reference number) is missing. The movable platform 403 thus degenerates to an axis or shaft 421 analogous to the axis 221 (FIG. 59), and a working platform 431 is seated on this axis, gimballed. This working platform 431 is provided with a symbolic tool in the exemplary embodiment shown. At the gimbal suspension attacks a parallelogram, which ensures the always vertical orientation (relative to the plane of the fixed platform 402) of the tool. The parallelogram guide 430 is rotatably mounted on the fixed platform 402 about a vertical axis and consists of two juxtaposed, a common side having parallelograms, so that the holder on the gimbal always runs parallel to the suspension on the fixed platform 402. Due to the possibility of rotation about the vertical axis on the fixed platform 402, the parallelogram 430 is always tracked to the movements of the movable platform 403 degenerated to the shaft 421.
Aus einer Zusammenschau der Fig. 69 und 70 ist gut zu erkennen, wie durch die karda- nische Aufhängung auch bei schräg gestellter beweglicher Plattform 403, entsprechend derFrom a synopsis of FIGS. 69 and 70 can be clearly seen, as by the cardan suspension even with tilted movable platform 403, according to the
Welle 421, die Werkzeugplattform 431 vertikal positioniert ist. Es ist noch darauf hinzuweisen, dass bei entsprechender Schrägstellung der beiden Parallelkinematiken 405,Shaft 421, the tool platform 431 is vertically positioned. It should also be pointed out that if the two parallel kinematics 405 are inclined accordingly,
406 die Parallelogrammführung 430 in Draufsicht das durch die beiden Kinematiken aufgespannte Dreieck schließt, sodass sich eine räumlich sehr ungewöhnliche Position ergibt.406 parallelogram guide 430 in plan view closes the triangle formed by the two kinematics, so that a spatially very unusual position results.
Eine weiter flexible Ausgestaltung der Grundidee der Erfindung ist den Fig. 72 bis 79 zu entnehmen. Dabei ist bei einem Knickarm 501 eine erste Parallelkinematik 505 vor¬ gesehen, die so aufgebaut ist wie die erste Parallelkinematik 105 im ersten Ausführungs- beispiel und daher hier nicht nochmals erklärt wird, die zweite Parallelkinematik 506 ist allerdings komplex aufgebaut und wird im Folgenden näher erläutert.A further flexible embodiment of the basic idea of the invention is shown in FIGS. 72 to 79. In the case of an articulated arm 501, a first parallel kinematics 505 is provided, which is constructed in the same way as the first parallel kinematics 105 in the first exemplary embodiment and therefore will not be explained again here, but the second parallel kinematics 506 is complex and will be explained in more detail below ,
Die zweite Parallelkinematik 506, die sich von der Zwischenplattform 504 zur beweg¬ lichen Plattform 503 erstreckt ist, so wie im zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel dahin- gehend reduziert bzw. denaturiert, dass die bewegliche Plattform 503 zu einer Welle geschrumpft ist, auf der kardanisch gelagert ein Werkzeugträger 531 sitzt. Die Positionie¬ rung dieses Werkzeugträgers an der und um die Welle 503 erfolgt mittels zweier Aktua- toren 532 und 533. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel greift der Aktuator 532 an der Verlängerung einer der kardanischen Achsen an, der Aktuator 533 an einem aus der kar- danischen Aufhängung ragenden Hebel. Dieser Aktuator 533 ist auch an einem fest mit der Zwischenplattform 504 verbundenen Hebel 533' angelenkt. Die überaus große Beweglichkeit und die Reichweite dieser Vorrichtung gehen aus den einzelnen Figuren deutlich hervor, besonders hinzuweisen ist dabei auf Fig. 77, die in Draufsicht zeigt, wie auch bei stark abgesetzter und entfernter Positionierung der beweg¬ lichen Plattform 503 die Werkzeugaufhängung 531 so geführt werden kann, dass das Werkzeug praktisch im rechten Winkel von der beweglichen Plattform 503 absteht. Diese hervorragende Flexibilität ist auch aus Fig. 78 ersichtlich, die eine Seitenansicht zeigt.The second parallel kinematics 506, which extends from the intermediate platform 504 to the movable platform 503, as described or reduced in the above-described embodiment, reduces or denatures that the movable platform 503 has shrunk to a shaft, mounted on the gimbal Tool holder 531 is seated. The positioning of this tool carrier on and around the shaft 503 is effected by means of two actuators 532 and 533. In the illustrated embodiment, the actuator 532 acts on the extension of one of the gimbal axes, the actuator 533 on one of the Karnan suspension protruding lever. This actuator 533 is also articulated on a lever 533 'fixedly connected to the intermediate platform 504. The very great mobility and the range of this device are clear from the individual figures, it should be particularly pointed to Fig. 77, which shows in plan view, as well as in strongly remote and remote positioning of beweg¬ union platform 503 the tool suspension 531 so led can be that the tool protrudes at a right angle from the movable platform 503. This excellent flexibility is also apparent from Fig. 78, which shows a side view.
Die Fig. 80 bis 90 zeigen eine sechste Variante eines Knickarmes mit besonders flexiblem zweitem Kinematikteil 606. Der grundsätzliche Aufbau ist folgender: Die erste Parallel- kinematik 605 ist so aufgebaut wie beim vorherigen Beispiel und bedarf daher keiner weiteren Erwähnung. Die Zwischenplattform 604 ist bei der in diesen Figuren gezeigten Variante gegenüber den bisher dargestellten Ausführungsformen verändert, sie weist eine Trägerplatte 635 auf, deren Aufgabe und Wirkung weiter unten erläutert wird. Die beweg¬ liche Plattform 603 weist in diesem Ausführungsbeispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit ebenfalls Plattenform auf und dient als Werkzeugträger.FIGS. 80 to 90 show a sixth variant of an articulated arm with a particularly flexible second kinematics part 606. The basic structure is as follows: The first parallel kinematics 605 is constructed as in the previous example and therefore needs no further mention. The intermediate platform 604 is changed in the variant shown in these figures compared to the previously illustrated embodiments, it has a support plate 635, the task and effect is explained below. The beweg¬ Liche platform 603 has in this embodiment, without limiting the generality also plate shape and serves as a tool carrier.
Die zweite Parallelkinematik 606 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus drei passiven Stäben 641, 642 und 643 und drei Aktuatoren 632, 633 und 635. Die Bezugszeichen für diese sechs Verbindungselemente der Parallelkinematik 606 sind in den einzelnen Figuren nur nach Maßgabe ihrer Sichtbarkeit eingetragen, auf die rein schematische Art der Dar¬ stellung der Stäbe im Bereich der Doppelpunkte, Tripelpunkte und Pseudo-Tripelpunkte wird nochmals verwiesen.The second parallel kinematics 606 in this embodiment consists of three passive rods 641, 642 and 643 and three actuators 632, 633 and 635. The reference numerals for these six connecting elements of the parallel kinematics 606 are entered in the individual figures only in accordance with their visibility, to the pure The schematic manner of representing the bars in the region of the colons, triple points and pseudo-triple points is again referred to.
Die drei passiven Stäbe 641, 642 und 643 bilden auf der beweglichen Plattform 603, bei der dargestellten Ausführungsform im Mittelpunkt der im wesentlichen kreisförmigenThe three passive rods 641, 642 and 643 form on the movable platform 603, in the illustrated embodiment in the center of the substantially circular
Werkzeugträgerscheibe, einen Tripelpunkt, die Aktuatoren 632 und 633 ein Zeigerpaar mit einem Doppelpunkt an der Peripherie der beweglichen Plattform 603. Der Aktuator 634 schließlich definiert mit seinem Angriffspunkt an der beweglichen Plattform 603 den letzten verbleibenden Freiheitsgrad und damit die Lage der beweglichen Plattform 603 im Raum bezüglich der Zwischenplattform 604.Tool carrier disc, a triple point, the actuators 632 and 633 a pair of pointers with a colon on the periphery of the movable platform 603. The actuator 634 finally defines with its point of attack on the movable platform 603 the last remaining degree of freedom and thus the position of the movable platform 603 in space with respect to the intermediate platform 604.
Mit der Ausgestaltung der ersten Parallelkinematik 605 mit zwei Zeigerpaaren und einem Tripelpunkt liefert diese zweistufige Kombination zweier Parallelkinematiken ein äußerst mächtiges System zur Beherrschung der Lage und der Bewegung eines Werkzeugträgers, Greifarms etc. im Raum. Die Figuren zeigen deutlich, dass nicht nur die Reichweite des Knickarms hervorragend ist, sondern dass er auch in der Lage ist, unmittelbar im Bereich der festen Plattform 602, somit nahe seiner Basis, positioniert zu werden und dabei in allen diesen Bereichen auch die unterschiedlichsten Orientierungen der beweglichen Plattform 603 bewerkstelligen kann.With the configuration of the first parallel kinematics 605 with two pointer pairs and a triple point, this two-stage combination of two parallel kinematics provides an extremely powerful system for mastering the position and movement of a tool carrier, gripper arm etc. in the room. The figures clearly show that not only the range of the articulated arm is excellent, but that he is also able to be positioned directly in the area of the fixed platform 602, thus near its base, and in all these areas also the most different orientations the movable platform 603 can accomplish.
Die vielfältigen Möglichkeiten sind insbesondere aus Fig. 88 und 89 zu erkennen, wo man ersieht, dass selbst bei völlig symmetrischer Betätigung der ersten Parallelkinematik 605 ein deutliches Verschwenken der beweglichen Plattform 603 nur durch die zweite Parallel¬ kinematik 606 möglich ist, und auch aus den Fig. 86 und 87, die in Draufsicht und perspektivischer Ansicht deutlich zeigen, dass auch bei stark ausgefahrenem und geknicktem Zustand die bewegliche Plattform 603 in eine Ebene normal zur Ebene der festen Plattform 602 gebracht werden kann.The various possibilities can be seen in particular from FIGS. 88 and 89, where it can be seen that even with completely symmetrical actuation of the first parallel kinematics 605, clear pivoting of the movable platform 603 is possible only by the second parallel kinematics 606, and also from the Figs. 86 and 87 clearly show in top plan view and perspective view that even when greatly extended and kinked, the movable platform 603 can be brought into a plane normal to the plane of the fixed platform 602.
Die Fig. 90 zeigt den Abschnitt 606 der Parallelkinematik im vergrößerten Maßstab. Hier erkennt man deutlich das Zusammenlaufen der drei passiven Stäbe 641, 642 und 643 zu einem Tripelpunkt im Zentrum der scheibenförmigen, beweglichen Plattform 603 und das Zusammenlaufen der Aktuatoren 632, 633 zu einem Doppelpunkt an der Peripherie an der beweglichen Plattform 603. Der Aktuator 634 und sein Angriffspunkt sind bei dieser Ansicht verdeckt und befinden sich im wesentlichen hinter dem Aktuator 633.Fig. 90 shows the section 606 of the parallel kinematic on an enlarged scale. Here, one can clearly see the convergence of the three passive rods 641, 642 and 643 to a triple point in the center of the disc-shaped movable platform 603 and the convergence of the actuators 632, 633 to a colon on the periphery of the movable platform 603. The actuator 634 and his point of attack are hidden in this view and are located substantially behind the actuator 633rd
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. So ist es möglich, nur einen der beiden Abschnitte des Knickarmes mit einer erfindungsgemäßen Kinematik zu versehen, es können auch bei zwei derartigen Kinematiken andere Längenverhältnisse der beiden Parallelkinematiken zueinander gewählt werden, dies hängt selbstverständlich vom jewei¬ ligen Anwendungsgebiet ab. Es ist selbstverständlich, möglich die gezeigten Ausführungs¬ beispiele für die unterschiedlichen ersten und zweiten Parallelkinematiken anders als dargestellt miteinander zu kombinieren, in Kenntnis der Erfindung ist es für den Fachmann ein Leichtes, hier günstige Kombinationen zu finden. Selbstverständlich kann die bewegliche Plattform 603 die für den jeweiligen Verwen¬ dungszweck angemessene Form aufweisen, das gleiche gilt für die feste Plattform 602, die nicht wirklich raumfest sein muss, sondern, es sei nochmals erwähnt, auch verfahrbar oder drehbar oder schwenkbar ausgebildet sein kann.The invention is not limited to the illustrated embodiments, but may be variously modified. Thus, it is possible to provide only one of the two sections of the articulated arm with a kinematics according to the invention, it is also possible to choose different length ratios of the two parallel kinematics relative to one another in the case of two such kinematics, this of course depends on the respective field of application. It is obvious that it is possible to combine the exemplary embodiments shown for the different first and second parallel kinematics differently from each other as shown; knowing the invention, it is easy for the person skilled in the art to find favorable combinations here. Of course, the movable platform 603 may have the appropriate form for the respective Verwen¬ purpose, the same applies to the fixed platform 602, which does not have to be really fixed in space, but, it should be mentioned again, also movable or rotatable or pivotable.
Es müssen auch nicht alle Verbindungsglieder der Parallelkinematiken Stäbe bzw. Aktua- toren sein, es ist durchaus möglich, dass einzelne diese Elemente durch Seile, Kette, Drähte etc. ersetzt werden, insbesondere wenn es sich um eine hängende Anordnung der Vorrichtung (Laufkatze, Hängebahn, etc.) handelt.Not all the connecting links of the parallel kinematics also have to be rods or actuators; it is quite possible for individual elements to be replaced by cables, chains, wires, etc., in particular if the device is suspended (trolley, monorail , etc.).
Die Mittelplattform ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen mit Ausnahme des Letzten ein im wesentlichen tetraedisches Stabwerk, dies ist natürlich nicht notwendiger¬ weise so, sondern nur wegen der leichteren kinematischen und dynamischen Beherrsch- barkeit einer derartigen Konstruktion so dargestellt und gewählt worden.The middle platform is in the illustrated embodiments, with the exception of the last a substantially tetrahedral framework, this is of course not necessarily so, but only because of the easier kinematic and dynamic controllability of such a construction so represented and selected.
Anwendung der Erfindung auf das Verhältnis Parallelkinematik - Ausbildung der beweg¬ lichen Plattform:Application of the Invention to the Parallel Kinematics Relationship - Formation of the Mobile Platform:
Dieser Aspekt der Erfindung, durch den die Reichweite und der Umfang der Orientierung eines auf der beweglichen Plattform montierten Werkzeuges deutlich vergrößert wird, wird im folgenden anhand einiger Beispiele, teilweise unter Rückgriff auf bereits besprochene Figuren, näher erläutert. Da hier ein eigener Aspekt der Erfindung besprochen wird, kann es dazu kommen, dass abgebildete Teile unterschiedlich zu ihrer ersten Erläuterung benannt werden.This aspect of the invention, which significantly increases the range and extent of orientation of a tool mounted on the movable platform, will now be further elucidated with reference to some examples, in part recourse to previously discussed figures. Since a separate aspect of the invention is discussed here, it may happen that pictured parts are named differently to their first explanation.
Die Fig. 91 zeigt rein schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Roboters 701. Der Roboter 701 besteht im wesentlichen aus einer festen Plattform 702, einer darauf aufbauenden parallelkinematischen Vorrichtung 705, einer von ihr bewegten beweglichen Plattform 703 samt fest mit ihr verbundenem Arm 706 und einer einen Werkzeugträger 707 aufweisenden Spitze.FIG. 91 shows in purely schematic form a first embodiment of a robot 701 according to the invention. The robot 701 essentially consists of a fixed platform 702, a parallel kinematic device 705 based thereon, a movable platform 703 moved by it, and arm 706 firmly connected to it a tool carrier 707 having a tip.
Die Parallelkinematik 705 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine sogenannte 3-2-1 Kinematik mit drei Aktuatoren und drei Stäben fester Länge. Auf der festen Plattform 702 sind die drei Aktuatoren Al, A2 und A3 und die drei Stäbe fester Länge Sl, S2 und S3 in Einzelgelenken (Fußpunkte) gelagert. Ihre Angriffspunkte (Kopfpunkte) auf der beweg¬ lichen Plattform 703bestehen aus einem Tripelpunkt TP, einem Doppelpunkt DP und einem Einzelpunkt EP.The parallel kinematics 705 in the illustrated embodiment is a so-called 3-2-1 kinematics with three actuators and three rods of fixed length. On the fixed platform 702 are the three actuators Al, A2 and A3 and the three rods of fixed length Sl, S2 and S3 stored in single joints (feet). Their points of attack (head points) on the movable platform 703 consist of a triple point TP, a colon DP and a single point EP.
Fest mit der beweglichen Plattform 703 verbunden und damit Teil von ihr ist der Arm 706, der an seinem vorderen Ende eine bewegliche Spitze mit einem Werkzeugträger 707 und dem angedeuteten Werkzeug 708 trägt. Zwischen dem Werkzeugträger 707 und dem ArmFixedly connected to the movable platform 703 and thus part of it is the arm 706, which carries at its front end a movable tip with a tool carrier 707 and the indicated tool 708. Between the tool carrier 707 and the arm
706 ist eine Gliederkette 709 mit mehreren zueinander parallelen Achsen 709' angeordnet. Um diese Achsen können die Glieder der Gliederkette 709 und damit der Werkzeugträger706 is a link chain 709 arranged with a plurality of mutually parallel axes 709 '. Around these axes, the links of the link chain 709 and thus the tool carrier
707 nach Art menschlicher Finger gekrümmt werden.707 are curved in the manner of human fingers.
Darüber hinaus ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Spitze 705, somit im wesentlichen die Gliederkette 709 samt Werkzeugträger 707 und dem Werkzeug, um die Armachse 706' rotierbar, sodass, bei Verdrehung um diese Achse 706' um etwa 90° das Werkzeug je nach Drehrichtung im wesentlichen normal zur Zeichenebene zum Betrachter hin oder vom Betrachter weg orientiert wäre.In addition, in the illustrated embodiment, the tip 705, thus essentially the link chain 709 including tool carrier 707 and the tool to the arm axis 706 'rotatable, so that when rotated about this axis 706' by about 90 °, the tool depending on the direction of rotation substantially normal to the drawing plane towards the viewer or oriented away from the viewer.
Die Besonderheit der dargestellten Vorrichtung ist nun, dass selbst durch relativ geringe Längenänderungen der Aktuatoren Al, A2, A3 durch die große Länge des Armes 3 ein großer Arbeitsbereich für den Werkzeugträger 707 erreicht wird. Nutzbar wird dieser Arbeitsbereich aber nur dadurch, dass sich die Orientierung des Werkzeugträgers 707 bezüglich des Armes 706, beziehungsweise bezüglich dessen vorderer Endfläche, durch die Gliederkette 709 und, was bevorzugt wird, die Drehmöglichkeit bezüglich der Armachse 706' in weiten Grenzen verändern lässt, so dass zu jedem Arbeitspunkt, den die Spitze des Werkzeuges 708 anfahren kann, auch ein großer Bereich an zugänglichen Richtungen für die Werkzeugachse 708' erreichbar ist, was für die praktische Benutzung unbedingt erforderlich ist.The peculiarity of the illustrated device is now that even by relatively small changes in length of the actuators Al, A2, A3 by the great length of the arm 3, a large work area for the tool carrier 707 is achieved. However, this working range can only be used by changing the orientation of the tool carrier 707 with respect to the arm 706, or with respect to its front end face, by the link chain 709 and, which is preferred, the possibility of rotation with respect to the arm axis 706 'within wide limits that at each operating point, which can reach the tip of the tool 708, a large range of accessible directions for the tool axis 708 'is reached, which is essential for practical use.
Es sei dazu nur darauf verwiesen, dass beim Schweißen, beim Lackieren, beim Ergreifen oder Absetzen von Gegenständen, etc. die Orientierung des jeweiligen Werkzeugs am Arbeitspunkt genauso wichtig ist wie die Erreichbarkeit des Arbeitspunktes. Die erfindungsgemäße Kombination macht sich die hohe Genauigkeit der Bewegungen parallelkinematischer Vorrichtungen und die genaue Wiederholbarkeit dieser Bewegungen zu nutze, da mit herkömmlicher serieller Kinematik die angestrebten Ziele nicht erreichbar wären. Nur diese hohe Genauigkeit, verbunden mit dem hervorragenden Verhältnis von Nutzlast zu toter Last und die Anordnung der Armachsen bzw. Fingerachsen 706' und 709' nahe des Werkzeuges 708, wodurch nur geringe Massenträgheitsmomente überwunden werden müssen und ein eventueller Positionierungsfehler sich nicht mehr fortpflanzt, ermöglicht es, diese Ziele zu erreichen.It should be pointed out only that during welding, painting, when grasping or depositing objects, etc., the orientation of the respective tool at the operating point is just as important as the accessibility of the operating point. The combination according to the invention makes use of the high accuracy of the movements of parallel kinematic devices and the exact repeatability of these movements, since the desired goals would not be attainable with conventional serial kinematics. Only this high accuracy, coupled with the excellent payload to dead load ratio and the arrangement of the arm axes or finger axes 706 'and 709' near the tool 708, whereby only small moments of inertia must be overcome and a possible positioning error is no longer propagates enabled it to achieve these goals.
Die Fig. 92 zeigt eine mit der Fig. 91 ähnliche Vorrichtung, bei der nur der Aufbau der Gliederkette 710 etwas anders ist, weiters ist im Vergleich zur Fig. 91 gezeigt, wie schon durch eine geringe Längenänderung der Aktuatoren Al , A2, A3 eine deutliche Änderung der Position des vorderen Endes des Armes 706 erreicht wird, und wie die Orientierung der Werkzeugachse 708' leicht und im großen Ausmaß geändert werden kann.FIG. 92 shows a device similar to FIG. 91, in which only the construction of the link chain 710 is somewhat different, furthermore, as compared to FIG. 91, as already shown by a slight change in length of the actuators A1, A2, A3 significant change in the position of the front end of the arm 706 is achieved, and how the orientation of the tool axis 708 'can be changed easily and to a large extent.
In Anbetracht der Übereinstimmung der parallelkinematischen Vorrichtung wurde auf eine Eintragung der Bezugszeichen großteils verzichtet, auch von der Spitze 705 wurden nur die wesentlichen Elemente mit Bezugszeichen versehen.In view of the coincidence of the parallel kinematic device has been largely omitted registration of the reference numerals, even from the top 705, only the essential elements were provided with reference numerals.
Es soll noch kurz erläutert werden, dass die Gliederkette 710 in Fig. 92 durch Segmente von Zahnrädern kinematisch miteinander gekoppelt ist, während diese Kopplung bei der Gliederkette 709 durch Synchronisierstangen, die in Fig. 91 gut sichtbar sind, erfolgt. Es ist schließlich der Aufbau der Spitze 705 nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann durch jede Art von Gelenk, beispielsweise durch das aus der US 2005/0040664 A bekannte, ersetzt werden.It will be briefly explained that the link chain 710 in Fig. 92 is kinematically coupled to each other by segments of gears, while this linkage is made to the link chain 709 by synchronizer bars, which are clearly visible in Fig. 91. Finally, the structure of the tip 705 is not limited to the illustrated embodiments, but may be replaced by any type of joint, such as that known from US 2005/0040664 A.
Es ist auch nicht zwingend notwendig, dass die parallelkinematische Vorrichtung 701 eine 3-2-1 Kinematik ist, hier kann jede parallelkinematische Vorrichtung verwendet werden, wie anhand der Fig. 128-137, die zwei Vorrichtungen mit diesem Aspekt der Erfindung zeigen, erläutert werden soll:Also, it is not absolutely necessary that the parallel kinematic device 701 be a 3-2-1 kinematic, here any parallel kinematic device can be used, as explained with reference to Figs. 128-137 showing two devices with this aspect of the invention should:
Die Fig. 128-132 stellen eine erste Variante einer besonders belastbaren und auch torsionssteifen, dreiachsigen Parallelkinematik 1106 mit Symmetrieebene und mittels eines Armes 1113 lang ausgebildeter beweglicher Plattform 1 103 dar. Dabei sind auf einer beweglichen Plattform 1102, die gegebenenfalls gegenüber einem Inertialsystem verfahr- bar oder um eine Hochachse drehbar ausgebildet sein kann, zwei Aktuatoren Al, A2 beweglich gelagert, deren Kopfpunkte einen Doppelpunkt in der Symmetrieebene an der beweglichen Plattform bilden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sind zwei Stäbe Sl, S2 konstanter Länge in den gleichen Fußpunkten wie die Aktuatoren Al, A2 angelenkt. Sie enden in einem Tripelpunkt TPl, in dem auch ein in der Symmetrieebene liegender Aktuator A3 seinen Kopfpunkt hat. Vom Tripelpunkt TPl führen zwei Stäbe S3, S4 zu Doppelpunkten an der beweglichen Plattform 1103. Von diesen Doppelpunkten führt jeweils einweitere Stab S5, S6 konstanter Länge zu einem gemeinsamen Doppelpunkt an der festen Plattform 1102.FIGS. 128-132 illustrate a first variant of a particularly load-bearing and also torsionally rigid, three-axis parallel kinematics 1106 with a plane of symmetry and by means of a In this case, two actuators Al, A2 are movably mounted on a movable platform 1102, which may optionally be movable relative to an inertial system or rotatable about a vertical axis, whose head points are a colon in the plane of symmetry at the mobile platform. Without limiting the generality, two bars S 1, S 2 of constant length are articulated in the same base points as the actuators A 1, A 2. They end in a triple point TPl, in which also a lying in the plane of symmetry actuator A3 has its head. From the triple point TP1, two bars S3, S4 lead to colons on the movable platform 1103. Of these colons, another bar S5, S6 of constant length each leads to a common colon on the fixed platform 1102.
Die bewegliche Plattform 1103, als Stabwerk ausgebildet, ist mit einem ebenfalls als Stabwerk ausgebildeten Arm 1113, der an seinem freien Ende einen Werkzeugträger 1107 aufweist, fest verbunden. Dieser Arm ist mit großer Länge ausgeführt, typischerweise entspricht diese Länge zumindest der Länge der parallelkinematischen Vorrichtung zwischen den Fuß- und Kopfpunkten, als unterste Schranke kann man 50 % dieser Länge veranschlagen, die Obergrenze wird durch das Gewicht und die Steifigkeit des Armes 1113 bestimmt. Das bedeutet, dass bei Verwendung eines leichten Werkzeuges (das können Sonden, Messgeräte, Spraypistolen, Lichtquellen, etc. sein) sehr lang ausgebildet sein kann.The movable platform 1103, designed as a truss, is fixedly connected to an arm 1113, likewise designed as a truss, which has a tool carrier 1107 at its free end. This arm is of a long length, typically this length is at least equal to the length of the parallel kinematic device between the foot and head points, the lowest barrier being 50% of this length, the upper limit being determined by the weight and stiffness of the arm 1113. This means that when using a lightweight tool (which may be probes, gauges, spray guns, light sources, etc.) can be made very long.
Diese Vorrichtung weist, wie ersichtlich, an der beweglichen Plattform 1103 drei Doppelpunkte auf, zu einem führen die zwei Aktuatoren Al, A2, zu den beiden anderen die Stäbe S3, S5 bzw. S4, S6. Dabei werden die Stäbe S3, S4 durch Verfahren des Tripelpunktes TPl fußpunkterregt, der Aktuator A3 bewirkt mit den beiden Stäben Sl, S2 diese Fußpunktverschiebung.As can be seen, this device has three colons on the movable platform 1103, to one the two actuators Al, A2 lead to the two other the bars S3, S5 and S4, S6. Here, the rods S3, S4 fußpunkterregt by processes of the triple point TPl, the actuator A3 causes with the two rods Sl, S2 this Fußpunktverschiebung.
Durch die geometrische Ausgestaltung der parallelkinematischen Vorrichtung 1106 ist diese trotz der nur dreiachsigen Beweglichkeit sowohl im Besitz eines großen Aktions¬ radius, wie aus den Figuren direkt hervorgeht, als auch mit hoher Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, versehen. Die Vorrichtung bleibt in ihrer symmetrischen Konfiguration, solange die beiden Aktuatoren Al und A2 gleiche Länge aufweisen. Eine Weiterbildung dieser Vorrichtung ist aus den Fig. 133-137 ersichtlich. Dabei wurde nur der Stab S4 der Vorrichtung gemäß den Fig. 128-132 durch einen Aktuator A4 ersetzt, die Vorrichtung 1206 ist somit vierachsig beweglich. Zufolge des oben geschilderten und aus den Zeichnungen ersichtlichen Ausbaues bedeutet dies, dass die bewegliche Plattform 1203 auch dann aus der symmetrischen Lage heraus beweglich ist wenn die Aktuatoren Al und A2 gleiche Länge aufweisen und diese nur einnimmt, wenn darüberhinaus der Aktuator A4 die gleiche Länge aufweist wie der Stab S3. Durch Änderung der Länge des Aktuators A4 wird bei der gegebenen Geometrie eine Verdrehung im wesentlichen um die Längsachse des Armes 1213 erreicht und so eine Positionierung und Orientierung des Werkzeugträgers 1207 in weitem Umfang ermöglicht. Das Ausmaß der gewonnenen Beweglichkeit zeigen die Figuren.Due to the geometric configuration of the parallel kinematic device 1106, despite its only three-axis mobility, it is provided both with a large radius of action, as can be seen directly from the figures, and with high rigidity, in particular torsional rigidity. The device remains in its symmetrical configuration as long as the two actuators Al and A2 have the same length. A development of this device is shown in FIGS. 133-137. In this case, only the rod S4 of the device according to FIGS. 128-132 has been replaced by an actuator A4, the device 1206 is thus movable on four axes. According to the above-described and apparent from the drawings expansion, this means that the movable platform 1203 is movable out of the symmetrical position even if the actuators Al and A2 have the same length and this occupies only if, moreover, the actuator A4 has the same length like the staff S3. By changing the length of the actuator A4 a rotation is achieved at the given geometry substantially around the longitudinal axis of the arm 1213 and thus allows positioning and orientation of the tool carrier 1207 to a large extent. The extent of the acquired mobility show the figures.
Zu beachten ist, dass die beiden Vorrichtungen sich nur durch den Ersatz des Stabes durch den Aktuator unterscheiden, dass daher derartige Vorrichtungen einfach und kostengünstig herzustellen sind, wenn einmal die Größe und Belastung festgelegt sind. Auch ein nachträgliches Aufrüsten ist, bei Kinematiken gemäß dem Stand der Technik (siehe Fig. 93 und 94) völlig unmöglich, bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen ein Leichtes. Es ist auch direkt ersichtlich, dass die konstruktive Ausbildung der Doppelpunkte einheitlich erfolgen kann, was die Losgrößen vervielfacht und damit die Herstellungskosten extrem reduziert und die Lagerhaltung wesentlich vereinfacht.It should be noted that the two devices differ only in the replacement of the rod by the actuator, therefore, such devices are simple and inexpensive to manufacture once the size and load are determined. Also, retrofitting is completely impossible with kinematics according to the prior art (see FIGS. 93 and 94), with devices according to the invention that are easy. It is also directly apparent that the structural design of the colons can be done uniformly, which multiplies the lot sizes and thus extremely reduces manufacturing costs and greatly simplifies storage.
Auf den Werkzeugträger 1107 bzw. 1207 kann selbstverständlich ein beweglicher Werk¬ zeughalter, etwa der gemäß den Fig. 91-93 montiert werden, um die Möglichkeiten der Orientierung des Werkzeuges weiter zu erhöhen; der Arm 1113 bzw. 1213 muss nicht als Stabwerk ausgebildet sein, sondern kann analog zu den Armen der Fig. 91-93 oder auch gänzlich anders aufgebaut sein, wesentlich ist für diesen Aspekt der Erfindung, dass das Längenverhältnis Parallelkinematik/Arm von zumindest 0,5, bevorzugt von zumindest 1 erreicht wird.Of course, a movable tool holder, for example the one shown in FIGS. 91-93, can be mounted on the tool carrier 1107 or 1207 in order to further increase the possibilities of orientation of the tool; the arm 1113 or 1213 need not be designed as a framework, but may be constructed analogously to the arms of FIGS. 91-93 or else completely different, it is essential for this aspect of the invention that the length ratio parallel kinematics / arm of at least 0, 5, preferably at least 1 is achieved.
Auch die Fig. 43 bis 53 zeigen eine Variante des erfindungsgemäßen Prinzips, einen langen Arm mit der beweglichen Plattform einer Parallelkinematik zu verbinden, um große Reichweite mit mannigfaltigen Bewegungsmöglichkeiten eines Roboters od.dergl. zu verbinden. Die Kinematik insgesamt besteht wiederum aus einem auf einer festen Platt¬ form 102 aufgebauten parallelkinematischen Bereich 101 und der beweglichen Plattform 104, auf der ein aus einem Stabwerk bestehender Arm 106 fest angeordnet ist bzw. einen Teil dieser beweglichen Plattform 104 bildet. Um eine Armachse 121 am freien Ende des Armes 106 ist ein Werkzeugträger 103 verschwenkbar befestigt, die Verschwenkung um diese Achse 121 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 122.FIGS. 43 to 53 also show a variant of the principle according to the invention of connecting a long arm to the movable platform of a parallel kinematic mechanism in order to provide long reach with various possibilities of moving a robot or the like. to connect. The kinematics as a whole in turn consists of a parallel kinematic region 101, which is constructed on a fixed platform 102, and the movable platform 104, on which an arm 106 consisting of a framework is fixed or forms part of this movable platform 104. To an arm axis 121 at the free end of the arm 106, a tool carrier 103 is pivotally mounted, the pivoting about this axis 121 takes place in the illustrated embodiment by a hydraulic cylinder-piston unit 122nd
Die Parallelkinematik 101 besteht aus drei Aktuatoren und aus drei Stäben fester Länge und ist, so wie bei den Beispielen gemäß den Fig. 91 und 92, als 3-2-1 Kinematik ausgebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Einzeichnung der Tripel- und Doppelpunkte verzichtet, dies ist im Hinblick auf den ähnlichen Aufbau zu den anderen Vorrichtung dieser Beschreibung für den Fachmann ohne Verlust an Information möglich.The parallel kinematics 101 consists of three actuators and three rods of fixed length and is, as in the examples of FIGS. 91 and 92, designed as 3-2-1 kinematics. For reasons of clarity, the marking of the triple and double points has been dispensed with, this being possible for the person skilled in the art without loss of information, in view of the similar construction to the other device of this description.
Aus der Zusammenschau der Fig. 43 bis 53 ist ersichtlich, in welch weitem Bereich der Werkzeugträger 103 bezüglich der festen Plattform 102 sowohl verfahren als auch orientiert werden kann, und dies trotz nur relativ geringer Längenänderungen der Aktuatoren und des Stellantriebes 122 für die Verschwenkung um die Handachse 121.From the combination of FIGS. 43 to 53 it can be seen in which wide area the tool carrier 103 can both be moved and oriented with respect to the fixed platform 102, and this despite only relatively small changes in length of the actuators and the actuator 122 for pivoting about the Hand axis 121.
Die Fig. 54 bis 64 zeigen eine Variante, bei der die parallelkinematische Vorrichtung 201 aus vier Aktuatoren Al bis A4 und zwei Stäben gleicher Länge Sl, 209 besteht. Der Arm 206 ist so, wie beim vorigen Beispiel aufgebaut, doch ist es, wie die Figuren zeigen, möglich, durch den zusätzlichen Freiheitsgrad der parallelkinematischen Vorrichtung 201 die Orientierung und die Reichweite des Werkzeugträgers 203, weiter zu erhöhen. Insbe¬ sondere geht aus der Zusammenschau der Figuren klar hervor, dass schon bei geringer Verstellung der Aktuatoren auch eine Bewegung quer zur bevorzugten Bewegungsrichtung möglich ist, und dass es dabei ebenso möglich ist, die Orientierung des Werkzeugträgers 203 auf gewünschte Weise entweder zu erhalten oder zu verändern. Die Figuren zeigen auch die hohe Beweglichkeit der beweglichen Plattform 204, die ja wesentlich für die Orientierung des Werkzeugträgers 7 mitverantwortlich ist. AIs Aktuatoren können pneumatische oder hydraulische Zylinder-Kolben-Einheiten bzw. elektrische Linearantriebe, Spindeltriebe oder andere Linearantriebe verwendet werden.FIGS. 54 to 64 show a variant in which the parallel kinematic device 201 consists of four actuators A1 to A4 and two bars of the same length Sl, 209. The arm 206 is constructed as in the previous example, but as the figures show, it is possible to further increase the orientation and reach of the tool carrier 203 by the additional degree of freedom of the parallel kinematic device 201. In particular, it is clear from the combination of the figures that even with slight adjustment of the actuators also a movement transverse to the preferred direction of movement is possible, and that it is also possible to obtain the orientation of the tool carrier 203 in a desired manner either or change. The figures also show the high mobility of the movable platform 204, which is significantly responsible for the orientation of the tool carrier 7. As actuators, pneumatic or hydraulic cylinder-piston units or electric linear drives, spindle drives or other linear drives can be used.
Die Fig. 80 bis 90 zeigen eine erfindungsgemäße Variante, die deshalb bedeutsam ist, weil der Arm 606 die Form einer parallelkinematischen Vorrichtung aufweist, bei der die Lage eines Punktes des Werkzeugträgers 603 bezüglich der beweglichen Plattform 604 durch drei Stäbe konstanter Länge, die am Werkzeugträger einen Tripelpunkt ausbilden, fixiert wird. Die Position bezüglich der verbleibenden Freiheitsgrade, im gezeigten Ausfuhrungs¬ beispiel das Verschwenken um drei zueinander normal verlaufende, durch den Tripelpunkt gehende Achsen, ist durch drei Aktuatoren 632, 633 und 634 variabel einstellbar.Figs. 80 to 90 show a variant of the invention, which is significant because the arm 606 is in the form of a parallel kinematic device, in which the position of a point of the tool carrier 603 relative to the movable platform 604 by three rods of constant length, on the tool carrier form a triple point, is fixed. The position with respect to the remaining degrees of freedom, in the embodiment shown, the pivoting about three mutually normally extending, passing through the triple point axes is variably adjustable by three actuators 632, 633 and 634.
Wenn beispielsweise durch entsprechende Ausbildung des Lagers des Tripelpunktes ein Verdrehen des Werkzeugträgers 603 um die Achse des Armes 606 verhindert wird, oder ein anderer Freiheitsgrad fixiert wird, so kann auf einen der drei Aktuatoren verzichtet werden. Durch die in beiden Fällen hohe Beweglichkeit des Werkzeugträgers 603 kommt die eigentliche Parallelkinematik 605 auch für einen weiten Arbeitsbereich mit drei Aktuatoren und drei Stäben konstanter Länge aus, ist daher einfach und kostengünstig herzustellen.For example, if rotation of the tool carrier 603 around the axis of the arm 606 is prevented by appropriate design of the bearing of the triple point, or another degree of freedom is fixed, then one of the three actuators can be dispensed with. Due to the high mobility of the tool carrier 603 in both cases, the actual parallel kinematics 605 also comes from a wide working range with three actuators and three rods of constant length, is therefore easy and inexpensive to manufacture.
Aus einem Vergleich der Figuren untereinander geht die hohe Beweglichkeit der Orientierung des Werkzeugträgers 603 auch bei praktisch unverändertem Arbeitspunkt hervor.From a comparison of the figures with each other, the high mobility of the orientation of the tool carrier 603 is apparent even at virtually unchanged operating point.
Auch die Fig. 72 bis 79 zeigen eine Variante dieses Aspektes der Erfindung. Der Werkzeugträger 531 ist um zwei Achsen gelenkig am Arm 506 angeordnet, der parallelkinematische Abschnitt 505 besteht, wie im letztgenannten Beispiel, aus drei Stäben konstanter Länge und drei Aktuatoren, der Arm 506 besteht aus fünf Stäben konstanter Länge, die die Lage einer Handachse 503 bezüglich der beweglichen Plattform 504 definieren. Um diese Handachse 503 schwenkbar ist eine weitere Handachse verdrehbar gelagert. Die Lage des Werkzeugträgers 7 bezüglich dieser beiden einander unter einem rechten Winkel schneidenden Achsen wird durch zwei Antriebe 532, 533 bestimmt. Diese Antriebe greifen einerseits passend an der beweglichen Plattform 504 an und mit ihrem anderen Ende am Werkzeugträger 503. Es ist aus den Darstellungen der erläuterten Ausführungsbeispiele ersichtlich, dass die Parallelkinematiken in ihren verschiedenen Ausfuhrungsformen an die jeweiligen Arbeitsgebiete angepasst sind, und dass die für Parallelkinematiken nicht übliche Verwen- düng von Stäben konstanter Länge in Verbindung mit Aktuatoren bei geeigneter Wahl der Anordnung dieser Elemente eine ausreichend hohe Beweglichkeit zur Verfügung stellt. Insbesondere in Verbindung mit der 3-2-1 Kinematik und der Verwendung von Pseudo- tripelpunkten und Pseudodoppelpunkten erzielt man auf unerwartet einfache und damit kostengünstige Weise kinematische Vorrichtungen, die von ihrer Genauigkeit und Trag- fähigkeit den parallelkinematischen Vorrichtungen des Standes der Technik entsprechen, dabei aber erlauben, ihre Bewegungen in Form geschlossener mathematischer Lösungen anzugeben, sodass die Verfahrbarkeit wesentlich rascher und genauer möglich ist als im Stand der Technik.FIGS. 72 to 79 also show a variant of this aspect of the invention. The tool holder 531 is articulated about two axes on the arm 506, the parallel kinematic portion 505 consists, as in the latter example, of three rods of constant length and three actuators, the arm 506 consists of five rods of constant length, the position of a hand axis 503 with respect define the movable platform 504. About this hand axis 503 pivotally another hand axis is rotatably mounted. The position of the tool carrier 7 with respect to these two mutually intersecting at a right angle axes is determined by two drives 532, 533. These drives engage on the one hand suitably on the movable platform 504 and with its other end on the tool carrier 503. It can be seen from the illustrations of the illustrated embodiments that the parallel kinematics are adapted in their various embodiments to the respective areas of work, and that the not usual for parallel kinematics fertil fertilization of rods of constant length in conjunction with actuators with a suitable choice of the arrangement of these elements sufficiently high mobility provides. In particular, in connection with the 3-2-1 kinematics and the use of pseudo-triple points and pseudo-double points one achieves in an unexpectedly simple and thus cost-effective manner kinematic devices that correspond to the accuracy and portability of the parallel kinematic devices of the prior art but allow to indicate their movements in the form of closed mathematical solutions, so that the mobility is much faster and more accurate than in the prior art.
Dazu kommt, dass durch die spezielle Ausgestaltung der beweglichen Plattform, denn der Arm ist gemäß dieses Aspektes der Erfindung ein fester Bestandteil dieser Plattform, und durch das Vorsehen zumindest einer Schwenkachse für den Werkzeugträger im Bereich des Überganges vom Arm zum Werkzeugträger, ein Ausmaß des Arbeitsbereiches und eine Flexibilität der Orientierung des Werkzeugträgers und damit des Werkzeugs erzielt wird, die im Stand der Technik bei bisher keiner Vorrichtung erreichbar war.In addition, due to the special design of the movable platform, because the arm is in this aspect of the invention an integral part of this platform, and by the provision of at least one pivot axis for the tool carrier in the region of the transition from the arm to the tool carrier, an extent of the work area and a flexibility of the orientation of the tool carrier and thus of the tool is achieved, which was reached in the prior art in no device so far.
Die Fig. 93 zeigt eine Variante eines Roboters, der ähnlich dem der Fig. 92 aufgebaut ist. Dabei sind aus mechanischen Gründen die beiden Stäbe fester Länge Sl und S2, die beide am Tripelpunkt TP ihren Kopfpunkt haben, und daher nur um die Verbindungsgerade ihrer Fußpunkte drehen können, zu einer Fläche F vereint. Dadurch erreicht man eine wesent¬ liche Erhöhung der mechanischen Steifigkeit und somit eine weitere Gewichtsersparnis samt einer Vereinfachung des mechanischen Aufbaues des Tripelpunktes TP. Selbstver¬ ständlich können bei allen gezeigten Ausführungsformen dieser Beschreibung die Zeigerpaare (Kraftecke) von Stäben fester Länge zu solchen Flächen umgebildet werden.FIG. 93 shows a variant of a robot similar to that of FIG. 92. Here, for mechanical reasons, the two rods of fixed length Sl and S2, both of which have their head point at the triple point TP, and therefore can only rotate around the connecting line of their feet, united to form a surface F. This achieves a substantial increase in the mechanical rigidity and thus a further weight saving, including a simplification of the mechanical structure of the triple point TP. Of course, in all the embodiments of this description shown, the pointer pairs (force corner) of rods of fixed length can be transformed into such surfaces.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann verschiedentlich abgewandelt werden. So kann beispielsweise auch bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 91 bis 93 der Arm 706, statt aus einem geschlossenen, rohrartigen Gebilde zu bestehen, aus einzelnen Stäben, somit einem Stab¬ werk, aufgebaut sein. Die Betätigungsorgane und Antriebe für die Verschwenkung des Werkzeugträgers um die verschiedenen ihm zur Verfügung gestellten Schwenkachsen können anders ausgebildet sein als in den dargestellten Beispielen und es können selbst- verständlich auch parallelkinematische Vorrichtungen verwendet werden, die statt mit Aktuatoren veränderlicher Länge mit lageveränderlichen Fußpunkten bewegt werden. Diese Arten von parallelkinematischen Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, ebenso wie die Anwendungsgebiete bzw. die kinematischen Grundlagen, die es für den Fachmann auf dem Gebiet der Kinematik möglich machen, die für das jeweilige Anwendungsgebiet günstigste Form an kinematischer Vorrichtung zu bilden.Of course, the invention is not limited to the illustrated embodiments and can be variously modified. Thus, for example, in the embodiments according to FIGS. 91 to 93 of the arm 706, instead of a consist closed, tube-like structure, from individual rods, thus a Stab¬ factory, be constructed. The actuators and drives for the pivoting of the tool carrier to the various swivel axes made available to him can be designed differently than in the examples shown and it can of course also be used parallel kinematic devices that are moved with variable-length actuators instead variable position footsteps. These types of parallel kinematic devices are known from the prior art, as well as the fields of application or kinematic principles which make it possible for a person skilled in the art of kinematics to form the most favorable form of kinematic device for the respective field of application.
In den Darstellungen wurden, wie bereits mehrfach dargelegt, die Tripelpunkte bzw. die Pseudotripelpunkte und die Doppelpunkte bzw. die Pseudodoppelpunkte im allgemeinen nicht in ihrem konstruktiven Aufbau dargestellt, meist wurde zur Vermeidung einer Überfrachtung der Zeichnung ein Zusammenfließen der Stabumrisse als Darstellung gewählt. Selbstverständlich bedeutet dies aber nicht, dass die so quasi als Einheit dargestellten Stäbe zueinander unbeweglich wären, es wird damit nur ihr Angreifen an einen gemeinsamen Punkt bzw. einen Pseudo-gemeinsamen Punkt angezeigt.In the representations, as already repeatedly stated, the triple points or the pseudo-triplet points and the colons or the pseudo-double points are generally not shown in their constructive structure, usually a confluence of the rod outlines was chosen as a representation to avoid overburdening of the drawing. Of course, this does not mean, however, that the bars, which are so to speak as a unit, would be mutually immovable, so that only their attack on a common point or a pseudo-common point is indicated.
Die bewegliche Plattform kann, wie aus den Zeichnungen deutlich ersichtlich ist, die unterschiedlichsten Formen aufweisen und, wie in den Fig. 91 bis 93, tatsächlich einer Plattform ähneln, sie kann aber auch, wie bei den Vorrichtungen entsprechend den Fig. 72 etc. in ein starres Stabwerk aufgelöst sein, an dessen Knoten die Stäbe der Parallelkine¬ matik angreifen. Schließlich ist es auch möglich, dass die bewegliche Plattform 6 eine Art Platte oder dergleichen trägt, wie im Beispiel gemäß der Fig. 86, um eine ausreichend stabile und doch leichte Befestigungs- und Angriffsmöglichkeit für die Stäbe, die den Arm bilden, und die Betätigungseinrichtungen die den Werkzeugträger verschwenken, zu schaffen.As can be clearly seen from the drawings, the movable platform can have a wide variety of shapes and, as in FIGS. 91 to 93, actually resemble a platform, but it can also, as in the devices according to FIGS a rigid framework should be resolved, at the node of which the rods of the parallel kinematics attack. Finally, it is also possible that the movable platform 6 carries a kind of plate or the like, as in the example of FIG. 86, to provide a sufficiently stable yet easy attachment and engagement for the rods forming the arm and the actuators which pivot the tool carrier to create.
Die feste Plattform schließlich ist nicht zwingend wirklich raumfest oder fest bezüglich eines Inertialsystems zu denken, sondern kann ihrerseits auf Rollen, Rädern od.dergl. beweglich sein, insbesondere wenn der Roboter 1 große Ausmaße aufweist und beispiels¬ weise in der Fertigung von LKWs, als Kran, im Schiffsbau od.dergl. eingesetzt wird. Wesentlich für diesen Aspekt der Erfindung ist die Kombination einer Parallelkinematik mit einem länglichen Arm, der auf der beweglichen Plattform montiert ist und zumindest einer Drehachse im Bereich des Überganges vom Arm zum Werkzeugträger. Schon das Vorsehen weiterer Drehachsen oder eine Vervielfachung der Achsen stellt Ausgestaltun¬ gen dar, eine eventuelle Beweglichkeit des Armes bezüglich der beweglichen Plattform ebenso. Die Länge des Armes, die notwendig ist, um die von der Erfindung angestrebten Ziele zu erreichen, kann vom Fachmann der Kinematik in Kenntnis der Erfindung und des Anwendungsgebietes leicht bestimmt werden, die Definition der Punkte, zwischen denen die Länge gemessen wird, kann wegen der zahllosen Ausgestaltungen und Varianten schwanken. De facto fast immer einsetzbar sind der geometrische Schwerpunkt der Fu߬ bzw. Kopfpunkte der Parallelkinematik und die Lage der Drehachse, die der Drehachse des Werkzeugträgers in den Beispielen entspricht. Diese muss natürlich nicht die Armachse (soferne es eine solche überhaupt gibt) schneiden, doch lässt sich ein Bezugspunkt (Tripelpunkt am Werkzeugträger, Zentrum des Kardangelenkes), der die Beweglichkeit des Werkzeughalters bezüglich des Armes verkörpert, stets finden.Finally, the solid platform is not necessarily really fixed in space or fixed to think with respect to an inertial system, but in turn od.dergl on wheels, wheels. be mobile, especially if the robot 1 has large dimensions and beispiels¬ example in the manufacture of trucks, as a crane, in shipbuilding od.dergl. is used. Essential for this aspect of the invention is the combination of a parallel kinematics with an elongated arm, which is mounted on the movable platform and at least one axis of rotation in the region of the transition from the arm to the tool carrier. Even the provision of further axes of rotation or a multiplication of the axes represents Ausgestaltun¬ gen, a possible mobility of the arm with respect to the movable platform as well. The length of the arm necessary to achieve the objects of the invention can easily be determined by the person skilled in the kinematic field of knowledge of the invention and the field of application; the definition of the points between which the length is measured can be determined countless configurations and variants vary. The geometric center of gravity of the foot or head points of the parallel kinematics and the position of the axis of rotation corresponding to the axis of rotation of the tool carrier in the examples can almost always be used de facto. Of course, this does not have to cut the arm axis (if there is one at all), but a reference point (triple point on the tool carrier, center of the universal joint), which embodies the mobility of the tool holder with respect to the arm, can always be found.
Als erfindungsgemäß brauchbaren, unteren Wert der so definierten Armlänge kann man 50 % der mittleren Länge der Aktuatoren und Stäbe in der kürzesten Konfiguration der Parallelkinematik ansehen, bevorzugt zumindest 100 % dieser Länge. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, sind in der Praxis auch deutlich höhere Werte nützlich einsetzbar.The lower value of the arm length defined in accordance with the invention can be considered as 50% of the average length of the actuators and rods in the shortest configuration of the parallel kinematics, preferably at least 100% of this length. As can be seen from the figures, significantly higher values are also useful in practice.
Anwendung der Erfindung im Hinblick auf die Ausgestaltung der Kraftecke:Application of the invention with regard to the configuration of the power corner:
Der in der Folge besprochene Aspekt der Erfindung bezieht sich auf parallelkinematische Vorrichtungen, bei denen die bewegliche Plattform über Stäbe mit der festen Plattform verbunden ist, wobei die Fuß- und Kopfpunkte der Stäbe an der jeweiligen Plattform ortsfest vorgesehen sind und zumindest zwei Stäbe auf einer der Plattformen, bevorzugt der beweglichen Plattform, einen gemeinsamen Angriffspunkt, somit einen Doppelpunkt oder Pseudodoppelpunkt, aufweisen, ein sogenanntes Krafteck.The subsequently discussed aspect of the invention relates to parallel kinematic devices in which the movable platform is connected by rods to the fixed platform, the foot and head points of the bars being fixedly provided on the respective platform and at least two bars on one of the Platforms, preferably the movable platform, have a common point of attack, thus a colon or pseudo-double point, a so-called force corner.
Eine Form eines derartigen kinematischen Grundgebildes besteht nun erfindungsgemäß aus einem Stab fester Länge, im folgenden kurz Stab genannt, und einem Stab veränder- licher Länge, somit einem Aktuator, und wird im folgenden Krafteck genannt. Einer der Hauptvorteile eines solchen Gebildes ist die Möglichkeit, die Bewegung des gemeinsamen Kopfpunktes bezüglich der festen Plattform in geschlossener Form berechnen zu können, ein anderer, ebenfalls sehr wesentlicher Punkt ist, dass derartige Gebilde in verschiedenen Kombinationen die Schaffung individuell an die Gegebenheiten und Notwendigkeiten angepasster Parallelkinematiken erlauben, sodass nach einer Art Baukastenprinzip die Kosten für Entwicklung, Zertifizierung, Lagerhaltung, etc. extrem reduziert werden können.A form of such a kinematic basic structure according to the invention now consists of a rod of fixed length, called rod for short below, and a rod. Licher length, thus an actuator, and is called in the following force corner. One of the main advantages of such a structure is the ability to compute the movement of the common head with respect to the fixed platform in a closed form, another very important point is that such structures in different combinations, the creation individually adapted to the circumstances and needs Parallel kinematics allow, so that the costs of development, certification, warehousing, etc., can be extremely reduced according to a kind of modular principle.
Es soll an dieser Stelle speziell darauf hingewiesen werden, dass parallelkinematische Vorrichtungen nicht zwangsweise nur aus Stäben bestehen, die ausschließlich auf Zug oder Druck beansprucht sind, sondern dass es auch parallelkinematische Vorrichtungen gibt, bei denen auf einen oder mehrere der an sich notwendigen sechs Stäbe verzichtet wird und bei denen durch entsprechende Einschränkung der Beweglichkeit anderer Stäbe die Festlegung der Freiheitsgrade erfolgt, wobei aber durch die Einschränkung der Gelenkigkeit an den Angriffspunkten die entsprechenden Stäbe auch Biegebeanspruchungen und/oder Torsi¬ onsbeanspruchungen ausgesetzt sind.It should be pointed out at this point specifically that parallel kinematic devices are not necessarily only made of rods, which are claimed solely on train or pressure, but that there are also parallel kinematic devices in which waives one or more of the necessary six rods and in which by appropriate restriction of the mobility of other rods, the determination of the degrees of freedom takes place, but by the restriction of the articulation at the points of attack, the corresponding rods are exposed to bending stresses and / or Torsi¬ onsbeanspruchungen.
Die eingangs erwähnte, aus der Praxis bekannte rotatorische parallelkinematische Vorrich- tung (KUKA5 ABB) ist in diesem Kontext nicht als Stabkinematik anzusprechen und gehört daher in diesem Zusammenhang nicht zu den relevanten Vorrichtungen, soll aber wegen dieser Unterschiede anhand der Fig. 94 und 95 besprochen werden:The above-mentioned, known from practice rotary parallel kinematic Vorrich- device (KUKA 5 ABB) is not to be addressed in this context as rod kinematics and therefore does not belong to the relevant devices in this context, but is due to these differences with reference to FIGS. 94 and 95 be discussed:
Die Fig. 94 zeigt einen Roboter gemäß dem Stand der Technik. Dieser Roboter verfügt über eine feste Plattform 802 die gegebenenfalls um eine vertikale Achse 814 gegenüber einer mit dem Fundament verbundenen oder verfahrbaren Baugruppe 801 drehbar montiert oder verbunden sein kann. Um eine horizontale Achse 815 drehbar ist ein Hebel 811 montiert, an dessen anderem Ende, um eine Achse 812 verschwenkbar, ein Arm 3 befestigt ist. An seiner Spitze trägt der Arm einen Werkzeugträger 803, auf dem ein Werkzeug montiert werden kann. Die beiden Achsen 815, 812 verlaufen parallel zueinander. Es ist dies eine klassische serielle Kinematik. Dieser vorbekannte Roboter weist den Antrieb für die Verschwenkung des Armes 813 um die Achse 812 am Hebel 811 auf, dieser Antrieb muss daher stets mit dem Hebel 811 mitbewegt werden was die Totlast erhöht und die notwendige Antriebskraft für die Verschwenkung des Hebels 811 um die Achse 815 und die Verschwenkung des gesamten Roboters um die Achse 814 drastisch erhöht. Dass darüber hinaus auch alle Bauteile ent¬ sprechend verstärkt ausgebildet sein müssen, ist ein weiterer unangenehmer Nebeneffekt, der nicht nur die Beanspruchung aller Lager erhöht sondern auch die notwendigen Antriebsleistungen weiter in die Höhe treibt.Fig. 94 shows a robot according to the prior art. This robot has a fixed platform 802, which may optionally be rotatably mounted or connected about a vertical axis 814 opposite an assembly 801 connected or moveable to the foundation. Rotatable about a horizontal axis 815 is a lever 811, at the other end of which an arm 8 is pivotally mounted about an axis 812. At its tip, the arm carries a tool carrier 803 on which a tool can be mounted. The two axes 815, 812 are parallel to each other. This is a classic serial kinematics. This prior art robot has the drive for the pivoting of the arm 813 about the axis 812 on the lever 811, this drive must therefore always be moved with the lever 811 which increases the dead load and the necessary driving force for the pivoting of the lever 811 about the axis 815th and drastically increases the pivoting of the entire robot about the axis 814. In addition, that all components must be designed accordingly reinforced, is another unpleasant side effect, which not only increases the stress on all bearings but also further drives the necessary drive power in the air.
Eine gewisse Abhilfe dieses Problems schafft der in Fig. 95 schematisch dargestellte, ähnlich ausgebildete Roboter, der ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist. Vergleichbare Bauteile wurden daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch dieser Roboter weist einen Fundamentteil 801 auf, auf dem, um eine vertikale Achse 814 verdrehbar die „feste Plattform" 802 ruht. Um eine horizontale Achse 815 dieser festen Plattform 802 verschwenkbar ist ein Hebel 81 1 angeordnet, der an seinem freien Ende, um eine Achse 812, die zur Achse 815 parallel verläuft, einen Arm 813 schwenkbar trägt. Anders als bei dem Roboter gemäß Fig. 94 ist nun an der festen Plattform 802 ein AntriebA certain remedy of this problem is provided by the similarly constructed robot shown schematically in FIG. 95, which is likewise known from the prior art. Comparable components were therefore provided with the same reference numerals. This robot also has a foundation part 801 on which, rotatable about a vertical axis 814, rests the "fixed platform" 802. A lever 81 1, which is pivotable about a horizontal axis 815 of this fixed platform 802, is arranged at its free end an axle 812, which is parallel to the axle 815, pivotally supports an arm 813. Unlike the robot of Fig. 94, a drive is now on the fixed platform 802
816 vorgesehen, der in Übereinstimmung mit der Verdrehung des Hebels 811 und in Relation zu dieser Verdrehung einen Antriebshebel 817 bezüglich des Hebels 811 verdreht. Dieser Antriebshebel ist mit einem Stellorgan 818 gelenkig verbunden, dessen anderes Ende am Arm 813 gelenkig angreift und ihn so in die gewünschte Winkelposition bezüglich des Hebels 811 bringt. Die Drehpunkte des Hebels 811, des Antriebshebels 817, des Stellorgans 818 und des Armes 813 bilden dabei ein Gelenkviereck in Form eines Parallelogramms, wobei von der festen Plattform 802 aus gegenüber einem frei wählbaren Koordinatensystem die Winkellage des Armes 811 und die Winkellage des Antriebshebels816, which rotates a drive lever 817 relative to the lever 811 in accordance with the rotation of the lever 811 and in relation to this rotation. This drive lever is pivotally connected to an actuator 818, the other end of the arm 813 engages articulated and thus brings him to the desired angular position with respect to the lever 811. The pivot points of the lever 811, the drive lever 817, the actuator 818 and the arm 813 form a four-bar linkage in the form of a parallelogram, from the fixed platform 802 against a freely selectable coordinate system, the angular position of the arm 811 and the angular position of the drive lever
817 verstellt werden können.817 can be adjusted.
Dadurch ist es nicht mehr notwendig, den Antrieb für die Verschwenkung des Armes bezüglich des Hebels mit letzterem zu transportieren, das genannte Gelenkviereck könnte als sehr spezielle parallelkinematische Vorrichtung angesehen werden: Teils rotatorisch: Antriebshebel 817 und Arm 813, teils als Fußpunktverschiebung eines passiven Stabes: Stellorgan 818. Im Vergleich zu diesen massiven und komplexen Konstruktionen gemäß dem Stand der Technik werden im folgenden erfmdungsgemäße Roboter mit zumindest vergleichbaren kinematischen Freiheiten und Möglichkeiten erläutert:Thus, it is no longer necessary to transport the drive for the pivoting of the arm with respect to the lever with the latter, said four-bar linkage could be considered as a very special parallel kinematic device: Rotary part: drive lever 817 and arm 813, partly as Fußpunktverschiebung a passive rod: Actuator 818. In comparison to these massive and complex constructions according to the prior art, robots according to the invention with at least comparable kinematic freedoms and possibilities are explained below:
Einen erfmdungsgemäßen Roboter, im wesentlichen entsprechend diesen beiden Industrie¬ robotern, zeigen die Fig. 96 und 97 in schematischer Ansicht. Dieser Roboter weist eine erfindungsgemäß ausgebildete parallelkinematische Vorrichtung 906 auf, die auf einer festen Plattform 902 befestigt ist. Die feste Plattform 902 kann in Analogie zur festen Plattform 802 der Industrieroboter gemäß Fig. 94 bzw. 95 gegebenenfalls um eine Hochachse schwenkbar angeordnet sein, doch ist aus Gründen der Übersichtlichkeit diese Möglichkeit in den Figuren nicht dargestellt.A robot according to the invention, essentially corresponding to these two industrial robots, is shown in FIGS. 96 and 97 in a schematic view. This robot has an inventively designed parallel kinematic device 906 which is mounted on a fixed platform 902. The fixed platform 902 may optionally be pivotable about a vertical axis in analogy to the fixed platform 802 of the industrial robots according to FIGS. 94 and 95, however, this possibility is not shown in the figures for reasons of clarity.
Die parallelkinematische Vorrichtung 906 weist ein Krafteck auf, bestehend aus dem Stab Sl und dem Aktuator Al . Die Lagerung der Fußpunkte dieser beiden Elemente erlaubt nur ein Verschwenken um bezüglich der festen Plattform 902 ortsfeste und zueinander parallel verlaufende Achsen 915, der Kopfpunkt der beiden Elemente ist als Doppelpunkt ausgebildet und ermöglicht ein Verschwenken um eine Achse 912, die zu den Achsen 915 parallel verläuft. Die Lage der Achse 912 und damit auch der auf ihr gelagerten mechanischen Verkörperung der beweglichen Plattform 903 ist durch die momentane Länge des Aktuators Al bezüglich der festen Plattform 902 eindeutig festgelegt. Das bedeutet, dass die bewegliche Plattform 903 nur mehr um diese Achse 912 verschwenkbar ist, die jeweilige Winkelstellung um diese Achse wird durch die Länge des Aktuators A2 eindeutig festgelegt und damit auch die Orientierung des mit der beweglichen Plattform 903 fest verbundenen Armes 913. Der Werkzeughalter 907, starr oder beweglich am freien Ende des Armes 913 angeordnet, kann ähnlich den Werkzeughaltern der Industrieroboter ausgebildet sein.The parallel kinematic device 906 has a force consisting of the rod Sl and the actuator Al. The support of the bases of these two elements only allows pivoting about fixed and parallel axes 915 with respect to the fixed platform 902, the head of the two elements being a colon and allowing pivoting about an axis 912 parallel to the axes 915 , The position of the axis 912 and thus also the mechanical embodiment of the movable platform 903 mounted thereon are clearly defined by the instantaneous length of the actuator A1 relative to the fixed platform 902. This means that the movable platform 903 is pivotable only about this axis 912, the respective angular position about this axis is uniquely determined by the length of the actuator A2 and thus also the orientation of the fixed to the movable platform 903 arm 913th Die Werkzeughalter 907, rigidly or movably arranged at the free end of the arm 913, may be formed similarly to the tool holders of industrial robots.
Ein Vergleich der drei Konstruktionen verdeutlicht den leichten und eleganten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ausschließlich günstig im Handel erhältliche Standardelemente verwendet, die mit hoher Genauigkeit bei geringen Kosten besorgt bzw. hergestellt werden können. Es sind sämtliche Elemente gut zugänglich und einfach zu warten, die zu bewegenden toten Massen sind extrem reduziert. Eine Variante der Erfindung, bei der die Beweglichkeit der beweglichen Plattform 903 und damit des Werkzeughalters 907 gegenüber den Industrierobotern noch weiter erhöht ist, geht aus den Figuren 98 und 99 hervor. Diese beiden Figuren zeigen einen Roboter 901 ähnlich dem der Fig. 96, 97, mit einer parallelkinematischen Vorrichtung 906 zwischen der festen Plattform 902 und der beweglichen Plattform 903, bei der im Vergleich zum Roboter gemäß den Fig. 96, 97 der Aktuator A2 durch zwei Akruatoren A2, A3 ersetzt ist.A comparison of the three constructions clarifies the light and elegant construction of the device according to the invention, which exclusively uses commercially available standard elements, which can be procured or manufactured with high accuracy at low cost. All the elements are easily accessible and easy to maintain, the dead masses are extremely reduced. A variant of the invention, in which the mobility of the movable platform 903 and thus of the tool holder 907 compared to the industrial robots is further increased, is apparent from Figures 98 and 99. These two figures show a robot 901 similar to that of FIGS. 96, 97, with a parallel kinematic device 906 between the fixed platform 902 and the movable platform 903, in which, compared to the robot according to FIGS. 96, 97, the actuator A2 is replaced by two Akruatoren A2, A3 is replaced.
Am Krafteck, das aus dem Stab Sl und dem Aktuator Al gebildet wird, hat sich nur die Konstruktion des Kopfpunktes Kl geändert, das Kardangelenk ist um eine Hochachse 917 drehbar mit der beweglichen Plattform 903 verbunden, ebenso das Kardangelenk, an dem die beiden Akruatoren A2, A3 angreifen, um eine dazu parallele Achse 917'. Dies ermöglicht eine Bewegung der beweglichen Plattform 903 nicht nur um die Achse 912 (Fig. 97), sondern auch um eine normal dazu verlaufende Achse. Um Verspannungen zu vermeiden, wurde der Fußpunkt des Aktuators Al mit einer kardanischen Aufhängung ausgebildet, dies ist rein von der Konstruktion her aber nicht notwendig.At the power point, which is formed from the rod Sl and the actuator Al, only the construction of the head point Kl has changed, the universal joint is connected about a vertical axis 917 rotatably connected to the movable platform 903, as the universal joint, to which the two Akruatoren A2 A3 attacking about a parallel axis 917 '. This allows movement of the movable platform 903 not only about the axis 912 (Figure 97) but also about an axis normal to it. In order to avoid tension, the foot of the actuator Al was formed with a gimbal, this is purely by design but not necessary.
Eine Variante mit weiter erhöhter Beweglichkeit zeigt die Fig. 100: Ausgehend von einem Roboter 901 entsprechend den Fig. 98, 99 sind hier die Fußpunkte nicht als axiale Gelenke mit zueinander parallelen Schwenkachsen ausgebildet, sondern weisen die Form von Kardangelenken auf, wobei selbstverständlich alle kinematisch damit gleichwertigen Gelenke verwendet werden können. Das Verkippen der parallelkinematischen Vorrichtung 906 und damit der beweglichen Plattform 903 um die aus den drei fluchtend angeordneten Fußpunkten gebildete Kippachsachse 916 wird durch einen Aktuator A3 bewerkstelligt.A variant with further increased mobility is shown in FIG. 100: starting from a robot 901 according to FIGS. 98, 99, the foot points are not designed as axial joints with mutually parallel pivot axes, but have the shape of universal joints, whereby of course all kinematically so that equivalent joints can be used. The tilting of the parallel kinematic device 906 and thus the movable platform 903 about the tilting axis 916 formed by the three aligned foot points is accomplished by an actuator A3.
Der Kopfpunkt K3 des Aktuators A3 ist dabei passenderweise am Stab Sl vorgesehen, bildet somit einen Pseudotripelpunkt, sodass der Stab Sl je nach Betrachtungsweise als Teil des Kraftecks, gebildet aus dem Stab Sl und dem Aktuator Al, oder als Teil des Kraftecks, gebildet aus dem Stab Sl und dem Aktuator A3, angesehen werden kann. Selbstverständlich ist es möglich, den Kopfpunkt K3 gemeinsam mit dem Kopfpunkt Kl als echten Tripelpunkt auszubilden. Die Kopfpunkte sind wiederum drehbar um Achsen 917, bzw. 917' in der beweglichen Plattform 903 gelagert. Weder von der Berechnung und Steuerung der Bewegung her, noch von der dynamischen oder statischen Belastung her bringt diese kombinierte Konstruktion Schwierigkeiten, die Einleitung von Biegekräften in den Stab Sl ist mechanisch leicht beherrschbar. Auch wird die Zugänglichkeit und Überprüfbarkeit der Vorrichtung durch diese vielfachen Bewe- gungsfreiheiten nicht eingeschränkt, speziell zu erwähnen ist, dass durch diese Weiter¬ bildung die Masse der beweglichen Plattform 903 samt Arm 913 und Werkzeugträger 907 keine Änderung erfahrt, was bei seriellen Robotern undenkbar ist.The head point K3 of the actuator A3 is suitably provided on the rod Sl, thus forming a pseudo-triplet point, so that the rod Sl depending on the view as part of the force, formed from the rod Sl and the actuator Al, or as part of the force corner, formed from the Rod Sl and the actuator A3, can be viewed. Of course, it is possible to form the head point K3 together with the head point Kl as a true triple point. The head points are in turn rotatably mounted about axes 917, 917 'in the movable platform 903. Neither from the calculation and control of the motion forth, nor from the dynamic or static load ago brings this combined design difficulties, the introduction of bending forces in the rod Sl is mechanically easily manageable. The accessibility and verifiability of the device is not restricted by these multiple freedom of movement, it should be specifically mentioned that the mass of the movable platform 903 together with the arm 913 and tool carrier 907 undergoes no change due to this further formation, which is unthinkable in the case of serial robots ,
Die Fig. 101 zeigt einen noch ausgeprägter beweglichen Roboter 1, der aus einer Kombi- nation des Roboters gemäß den Figuren 98, 99 mit einem Roboter gemäß der Fig. 100 besteht, wobei jedoch dessen Aktuator A3 durch einen Stab S2 mit fester Länge ersetzt ist, sodass dieser Roboter nur über das aus dem Stab Sl und dem Aktuator Al gebildete Krafteck verfügt. Zufolge der konstanten Längen der Stäbe Sl, S2 ist es durchaus möglich, diese beiden Stäbe samt ihren Fußpunkten, ähnlich wie dies in Fig. 93 dargestellt ist, durch ein flächiges Gebilde zu ersetzen, das um eine Achse 915 der festen Plattform 5 schwenk¬ bar ausgebildet ist.FIG. 101 shows a still more mobile robot 1, which consists of a combination of the robot according to FIGS. 98, 99 with a robot according to FIG. 100, but whose actuator A3 has been replaced by a rod S2 of fixed length so that this robot only has the force formed by the rod Sl and the actuator Al. Due to the constant lengths of the rods Sl, S2, it is quite possible to replace these two rods together with their base points, similar to that shown in FIG. 93, by a planar structure which can pivot about an axis 915 of the fixed platform 5 is trained.
Die Fig. 102 und 103 zeigen eine weitere Ausgestaltung des Roboters 901 der Fig. 101, wobei die parallelkinematische Vorrichtung 906 dahingehend verändert wurde, dass die bewegliche Plattform 903 um die Verbindungsachse der beiden Kopfpunkte Kl, K2 (Fig. 103) schwenkbar angeordnet ist und ihre Lage bezüglich dieser Schwenkachse durch einen Stab S3 konstanter Länge festgelegt wird.FIGS. 102 and 103 show another embodiment of the robot 901 of FIG. 101, wherein the parallel kinematic device 906 has been modified such that the movable platform 903 is pivotally mounted about the connection axis of the two header points K1, K2 (FIG their position relative to this pivot axis is determined by a rod S3 constant length.
Es wird somit bei dieser parallelkinematischen Vorrichtung 906 die Lage des Kopfpunkts Kl der beweglichen Plattform 903 bezüglich der festen Plattform 902 durch das Krafteck, gebildet aus dem Stab Sl und dem Aktuator Al, in Verbindung mit dem Stab S2 festgelegt. Die Lage des Kopfpunktes K2 hängt von der jeweiligen Länge der Aktuatoren A2, A3 ab, wobei deren bezüglich der festen Plattform 902 feste Fußpunkte und der an der beweglichen Plattform 903 konstante Abstand zwischen den Kopfpunkten Kl und K2 die Lage des Kopfpunktes K2 bezüglich der festen Plattform 5 eindeutig festlegen. Der einzig noch verbleibende Freiheitsgrad der beweglichen Plattform 6, die Winkellage bezüglich der durch die beiden Kopfpunke Kl, K2 gehenden Achse, wird durch den Stab S3 festgelegt. Der in den Fig. 104 und 105 dargestellte Roboter 906 ist die logische Weiterentwicklung des Roboters der Fig. 102, 103: Bei diesem Roboter wurde in der parallelkinematischen Vorrichtung 906 der Stab S2 durch einen Aktuator A4 ersetzt, wodurch die Beweglichkeit des Kopfpunktes Kl bezüglich der festen Plattform 902, wie sie der Roboter gem. Fig. 100 bereits aufgewiesen hat, wieder erreicht ist. Es soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass das nicht vollständige Zusammenfallen der Kopfpunkte Kl und K3 für die Beweg¬ lichkeit, den einfachen Aufbau und die einfache Erstellung der Bewegungsgleichungen des Roboters 1 nicht nachteilig ist, auch die Einbringung eines Biegemomentes in den Stab Sl stellt in der Praxis keinen merklichen Nachteil dar, da die Größenordnungen dieser Biege¬ kräfte, wie aus den Fig. 96 bis 104 für den Fachmann auf dem Gebiet der Festigkeitslehre unmittelbar ersichtlich ist, wesentlich kleiner sind als alle anderen auf den Stab Sl wirkenden Kräfte. Es soll auch nochmals darauf hingewiesen werden, dass die bewegliche Plattform trotz all dieser Ausgestaltungen eine praktisch unveränderte Masse aufweist.Thus, in this parallel kinematic device 906, the position of the head point K1 of the movable platform 903 with respect to the fixed platform 902 is determined by the force corner formed of the rod S1 and the actuator A1 in connection with the rod S2. The location of the head point K2 depends on the respective length of the actuators A2, A3, their base points fixed relative to the fixed platform 902 and the distance between the points K1 and K2 constant at the movable platform 903 being the position of the head point K2 with respect to the fixed platform 5 clearly set. The only remaining degree of freedom of the movable platform 6, the angular position with respect to the passing through the two Kopfpunke Kl, K2 axis is determined by the rod S3. The robot 906 shown in Figs. 104 and 105 is the logical advancement of the robot of Figs. 102, 103: In this robot, in the parallel kinematic device 906, the rod S2 has been replaced by an actuator A4, whereby the mobility of the head point Kl with respect to the fixed platform 902, as the robot gem. Fig. 100 has already shown, is reached again. It should again be pointed out that the incomplete coincidence of the head points K1 and K3 for the mobility, the simple construction and the simple creation of the equations of motion of the robot 1 is not detrimental, and the introduction of a bending moment into the rod S1 also constitutes In practice, there is no appreciable disadvantage, since the magnitudes of these bending forces, as is apparent from FIGS. 96 to 104 for the person skilled in the field of strength theory, are substantially smaller than all other forces acting on the rod S1. It should also be pointed out again that the movable platform despite all these configurations has a virtually unchanged mass.
In den Fig. 104 und 105 ist auch der Kopfpunkt K4 des Stabes S3 bezeichnet, dieser kann beispielsweise aus einem sphärischen Lager bestehen, das sich durch besonders kompakten Aufbau auszeichnet.104 and 105, the head point K4 of the rod S3 is designated, this may for example consist of a spherical bearing, which is characterized by a particularly compact design.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 106 bis 108 dargestellt, hier wird durch das Vorsehen dreier praktisch gleichberechtigter Kopfpunkte Kl, K2, K3 die Paral¬ lelkinematik 906 zu einer Art Gough-Plattform, wobei aber bei der klassischen Gough- Plattform alle Stäbe als Aktuatoren ausgebildet sind, während im dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel ein Krafteck, gebildet aus dem Stab Sl und dem Akruator Al, eine soge- nannte Schere, gebildet aus den beiden Aktuatoren A2, A3 und eine weitere Schere, gebildet aus den zwei Stäben S2, S3, vorgesehen sind.A further embodiment of the invention is shown in FIGS. 106 to 108, here the provision of three practically equal head points K1, K2, K3 makes the parallel kinematics 906 a kind of Gough platform, but in the classic Gough platform all rods are formed as actuators, while in the illustrated Ausfüh¬ tion example of a force corner, formed from the rod Sl and the Akraator Al, a so-called scissors, formed from the two actuators A2, A3 and another pair of scissors, formed from the two bars S2, S3, are provided.
Wie aus der Zeichnung deutlich ersichtlich ist, können die Fuß- und Kopfpunkte unter¬ einander identisch ausgebildet sein, sodass ein erfindungsgemäßer Roboter nach Art eines Baukastensystems hergestellt werden kann, wodurch die Lagerhaltung und die Kosten pro Stück durch die größeren Losgrößen günstig gehalten sein können. Insbesondere aus Fig. 108, die eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Roboter zeigt, ist ersichtlich, dass die Zugänglichkeit zu den einzelnen Bauelementen in hohem Ausmaß gegeben ist, was die erfindungsgemäßen Roboter grundlegend und auf sehr vorteilhafte Weise von den seriellen Robotern gemäß dem Stand der Technik unterscheidet.As can be clearly seen from the drawing, the foot and head points can be formed identically to one another so that a robot according to the invention can be produced in the manner of a modular system, whereby the storage and the costs per piece can be kept favorable by the larger batch sizes. In particular, from Fig. 108, which shows a plan view of the robot according to the invention, it can be seen that the accessibility to the individual components is given to a large extent, which is the According to the invention, the robot differs fundamentally and in a very advantageous manner from the serial robots according to the prior art.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt sondern kann selbstverständlich verschiedentlich abgewandelt werden. So können andere Kombinationen von Stäben mit Aktuatoren zu einem Krafteck im Sinne der Erfindung zusammengefasst werden, es können die Fußpunkte anders als dargestellt auf der festen Plattform 902 angeordnet werden, wenn auch die dargestellte möglichst orthogonalisierte und in Unterkombinationen der Fußpunkte fluchtende Anordnung vorteilhaft ist.The invention is not limited to the illustrated embodiment but can of course be modified variously. Thus, other combinations of rods with actuators can be combined to form a force corner in the sense of the invention, the bases can be arranged differently than shown on the fixed platform 902, although the illustrated as orthogonalized and aligned in sub-combinations of Fußpunkte arrangement is advantageous.
Dies auch dort, wo sie nicht kinematisch notwendig ist, beispielsweise weil die Einschrän¬ kung von Freiheitsgraden durch die Ausgestaltung der Lager erfolgt (Achsen 915 in Fig. 97), weil dies Vorteile bei der Berechnung und der Überschaubarkeit der parallel¬ kinematischen Vorrichtung mit sich bringt und zumeist auch in der Fertigung günstiger ist, da beim Herstellungsprozess ein Umspannen der festen Plattform oder die Verwendung komplexer Teilungsvorrichtung vermieden wird.This also where it is not kinematically necessary, for example, because the restriction of degrees of freedom by the configuration of the bearing takes place (axes 915 in Fig. 97), because this advantages in the calculation and the manageability of parallel¬ kinematic device with it brings and usually cheaper in production, since in the manufacturing process a re-clamping of the fixed platform or the use of complex dividing device is avoided.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die dargestellten parallelkinematischen Vorrichtun¬ gen durch eine Kombination von Stäben mit Aktuatoren, die als Seile ausgebildet sind oder nur durch Seile zu erreichen, wenn die Belastung derartig ist, dass in den als Seilen ausge¬ bildeten Elementen keine Druckbelastungen auftreten können.Of course, it is also possible, the illustrated parallel kinematic Vorrichtun¬ gene by a combination of rods with actuators, which are designed as ropes or only to achieve by ropes, if the load is such that no pressure loads occur in the elements designed as ropes can.
Als Aktuatoren können pneumatische oder hydraulische Zylinder-Kolben-Einheiten verwendet werden oder es können elektrisch oder pneumatisch betriebene Spindelantriebe verwendet werden, auch Kugelumlaufspindeln und elektrische Linearantriebe sind je nach Anwendungsgebiet einsetzbar.As actuators pneumatic or hydraulic cylinder-piston units can be used or it can be electrically or pneumatically operated spindle drives are used, ball screws and electric linear actuators can be used depending on the application.
Bei der Auswahl der Antriebe spielt natürlich die Länge des Arbeitsbereiches des Aktuators, seine Belastung und sein Umfeld eine Rolle, für den Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung von Handhabungsautomaten bzw. Kränen bzw. parallelkinematischen Vorrichtung allgemein können die passenden Antriebe in Kenntnis der Erfindung je nach dem Anwendungsgebiet leicht bestimmt werden. Anwendung der Erfindung auf besonders torsionsstabile Varianten mit geringen und über dem Bewegungsweg weitgehend linearen Antriebskräften:In the selection of the drives, of course, the length of the working range of the actuator, its load and its environment plays a role, for the expert in the field of production of handling machines or cranks or parallel kinematic device in general, the appropriate drives according to the invention depending on be determined easily in the field of application. Application of the invention to particularly torsionally stable variants with low and over the movement largely linear drive forces:
Die Fig. 109-112 zeigen eine erste Variante einer besonders torsionssteifen und dabei leichten Roboter- oder Krankonstruktion die folgenden Aufbau aufweist:FIGS. 109-112 show a first variant of a particularly torsionally stiff and thereby light robot or crane construction having the following construction:
Auf einer, gegebenenfalls um eine Hochachse drehbaren oder entlang einer (nicht darge¬ stellten) Fahrbahn verfahrbaren festen Plattform 1002 sind, symmetrisch zu einer Mittel¬ ebene der Vorrichtung 1006 zwei Stäbe S5, S5' gelenkig angelenkt und bilden mit ihren Kopfpunkten gemeinsam mit dem Kopfpunkt eines in der Symmetrieebene liegenden, in dieser aber um seinen Fußpunkt verschwenkbaren Aktuator Al einen Tripelpunkt TPl aus. Von einem an der festen Plattform in der Symmetrieebene liegenden, als Tripelpunkt ausgebildeten Fußpunkt TP2 führen zwei Stäbe fester Länge, S6 und symmetrisch dazu S6', zu zwei Anlenkpunkten der beweglichen Plattform 1003. Ein in der Symmetrieebene der Vorrichtung liegender Aktuator A2 führt vom Tripelpunkt TP2 ebenfalls zu einem Angriffpunkt auf der beweglichen Plattform 1003. Die bewegliche Plattform 1003 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als räumliches Stabwerk aufgebaut, wodurch die Montage von Werkzeugen, Messsonden, Greifern, Seilzeugen etc. erleichtert und das Gewicht gering gehalten wird. Mit zur beweglichen Plattform 1003 gehört ein ebenfalls als Stab werk ausgebildeter Arm 1013 mit einem schematisch an seinem freien Ende angedeuteten Werkzeugträger 1007.On one, possibly about a vertical axis rotatable or along a (not shown) traversable fixed platform 1002, symmetrically to a Mittel¬ level of the device 1006 two rods S5, S5 'hinged articulated and form with their head points together with the head a lying in the plane of symmetry, but in this pivotable about its base actuator Al a triple point TPl. Two fixed-length bars, S6 and symmetrically S6 ', lead from a base point TP2 lying on the fixed platform in the plane of symmetry to two articulation points of the movable platform 1003. An actuator A2 lying in the symmetry plane of the device leads from the triple point TP2 also to a point of attack on the movable platform 1003. The movable platform 1003 is constructed in the illustrated embodiment as a spatial framework, which facilitates the assembly of tools, probes, grippers, cables, etc. and the weight is kept low. With the movable platform 1003 includes a likewise designed as a rod factory arm 1013 with a schematically indicated at its free end tool carrier 1007th
Die beiden Kopfpunkte der Stäbe S6 und S6' an der beweglichen Plattform 1003 sind als Doppelpunkte ausgebildet und mittels Stäben S4, S4' mit dem Tripelpunkt TPl verbunden. Dieser erscheint in der Zeichnung auf den ersten Blick als Mündungspunkt von fünf Stäben, doch muss bedacht werden, dass die Stäbe S5, S5' einerseits und die Stäbe S4, S4' andererseits sich jeweils wie ein starrer Körper bewegen und daher nicht doppelt gerechnet werden dürfen.The two head points of the rods S6 and S6 'on the movable platform 1003 are formed as colons and connected by means of rods S4, S4' with the triple point TPl. This appears in the drawing at first glance as a muzzle point of five rods, but it must be remembered that the rods S5, S5 'on the one hand and the rods S4, S4' on the other hand each move like a rigid body and therefore may not be counted twice ,
Weiters weist die Vorrichtung nach den Fig. 109-112 einen asymmetrisch verlaufenden Stab S3 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem der Anlenkpunkte an der beweglichen Plattform 1003 zu einem eigenen Fußpunkt außerhalb der Symmetrieebene an der festen Plattform 1002 führt und der die Lage der geschilderten Konstruktion symmetrisch zur Symmetrieebene sichert.Furthermore, the device according to FIGS. 109-112 has an asymmetrically extending rod S3 which, in the illustrated embodiment, adjoins one of the articulation points on the movable platform 1003 to its own foot point outside the plane of symmetry the fixed platform 1002 leads and secures the position of the described construction symmetrically to the plane of symmetry.
Weiters ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich, dass die Fußpunkte der Stäbe S5 und S5' mittels eines Stabes S7 miteinander verbunden sind, dieser dient nur der Übernahme von Querkräften, die durch die dreieckige Ausbildung der Stäbe S5, S5' auftreten.Furthermore, it can be seen in the illustrated embodiment that the bases of the rods S5 and S5 'are connected to each other by means of a rod S7, this only serves to take over lateral forces which occur due to the triangular design of the rods S5, S5'.
Die Darstellung der Fuß- und Kopfpunkte erfolgt, wie bei allen die Kinematiken in ihrer Gesamtheit zeigenden Darstellungen dieser Beschreibung, rein schematisch, die reale Ausbildung dieser Punkte kann den verschiedenen Ausführungsformen, wie sie eingangs der Beschreibung erläutert worden sind, oder auch den Beispielen, die in den Fig. 91-108 angegeben sind, entnommen werden.The representation of the foot and head points, as in all the kinematics in their entirety showing representations of this description, purely schematically, the real training of these points, the various embodiments, as explained in the description, or the examples, the in Figs. 91-108 are taken.
Einem Vergleich der Fig. 111 und 112 ist der große Aktionsradius bei diesem einfachen Aufbau zu entnehmen, bei dieser rein seitlichen Darstellung ist zu beachten, dass der Stab S3 die Stäbe S6, S6' verdeckt. Es ist daher die Einzeichnung des Bezugszeichens TP2 in Fig. 112 so zu verstehen, dass die Bezugslinie zum verdeckten Fußpunkt führt.A comparison of FIGS. 111 and 112 reveals the large radius of action in this simple structure, in this purely lateral representation, it should be noted that the rod S3 obscures the rods S6, S6 '. It is therefore to be understood that the reference numeral TP2 in FIG. 112 is marked so that the reference line leads to the hidden foot point.
Die Fig. 113-117 zeigen eine Variante ähnlich der vorstehend beschriebenen, wobei nur der Stab fester Länge S3 durch einen Aktuator A3 ersetzt worden ist, wodurch es möglich wird, die bewegliche Plattform 1003 aus der Symmetrieebene zu bewegen. Die Hinweise auf die Symmetrie sind somit, wie bei einigen der obenstehenden Beispielen ausgeführt, auf die entsprechende Positionierung der beweglichen Plattform zu beziehen. Aus diesem Grunde werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet, die Folgen dieses Austau¬ sches sind die folgenden:Figs. 113-117 show a variant similar to that described above, wherein only the fixed-length rod S3 has been replaced by an actuator A3, which makes it possible to move the movable platform 1003 out of the plane of symmetry. The indications of symmetry are thus, as in some of the above examples, to refer to the corresponding positioning of the movable platform. For this reason, the same reference numerals are used, the consequences of these exchanges are the following:
Die parallelkinematische Vorrichtung 1006 kann durch die Kombination des Tripelpunkte TP2 mit dem Aktuator A3 und die Schwenkfähigkeit um den Tripelpunkt TPl aus der Symmetrieebene herausgeschwenkt werden, wodurch ihre Reichweite und auch, insbesondere wenn sie um eine (nicht dargestellte) Hochachse verdrehbar ist, der Bereich der Orientierung des Werkzeugträgers 1007 deutlich ansteigt. Wie ein Vergleich der Fig. 109-112 einerseits mit den Fig. 113-117 andererseits unmittelbar zeigt, ändert sich an der Konstruktion der beweglichen Plattform 1003 samt dem Arm 113 und Werkzeugträger 1007 nichts, insbesondere deren Masse bleibt unverändert, sodass es möglich ist, derartige parallelkinematische Vorrichtungen nach einer Art Baukastenprinzip aufzubauen, sobald die Größe und die aufzunehmende Belastung festgelegt worden ist.The parallel kinematic device 1006 can be pivoted out of the plane of symmetry by the combination of the triple point TP2 with the actuator A3 and the pivotability about the triple point TP1, whereby its range and also, in particular if it is rotatable about a (not shown) vertical axis, the range of Orientation of the tool carrier 1007 increases significantly. On the other hand, as a comparison of FIGS. 109-112 on the one hand with FIGS. 113-117 on the other hand shows directly, changes the construction of the movable platform 1003 together with the arm 113 and tool holder 1007 nothing, in particular their mass remains unchanged, so that it is possible to build such parallel kinematic devices on a kind of modular principle once the size and the load to be absorbed has been established.
Die Fig. 113 zeigt die Vorrichtung in einer Ansicht analog zur Ansicht der Fig. 109 in ihrer symmetrischen Lage, die Fig. 114 zeigt eine Seitenansicht in verschobener Lage, die Schrägstellung der beweglichen Plattform 1003 und damit des Armes 1013 und der Werkzeughalterung 1007 sind deutlich zu erkennen. Dass es sich tatsächlich bezüglich der festen Plattform 1002 um eine Seitenansicht handelt, geht aus der fluchtenden Lage der Stäbe S5, S5' hervor. Die Fig. 115 zeigt die Situation in einer Rückansicht, erkennbar an der symmetrischen Darstellung der Stäbe S5, S5', und macht deutlich, wie stark die Abweichung von der symmetrischen Anordnung auf einfache Weise erzielt werden kann.Fig. 113 shows the device in a view analogous to the view of Fig. 109 in its symmetrical position, Fig. 114 shows a side view in a displaced position, the inclination of the movable platform 1003 and thus of the arm 1013 and the tool holder 1007 are clear to recognize. That it is actually a side view with respect to the fixed platform 1002 is apparent from the aligned position of the bars S5, S5 '. FIG. 115 shows the situation in a rear view, recognizable by the symmetrical representation of the bars S5, S5 ', and makes clear how strongly the deviation from the symmetrical arrangement can be achieved in a simple manner.
Die Fig. 116 zeigt eine Seitenansicht analog zu der der Fig. 114, allerdings mit der Vorrichtung in symmetrischer Position, hier zeigt auch ein Vergleich mit der zweiachsigen Ausführung gemäß Fig. 111 die Übereinstimmung der Konstruktion und damit die Möglichkeit einer Konstruktion aus dem Baukasten. Schließlich zeigt die Fig. 117 eine Draufsicht, um die erzielbare Winkel- und Lagenänderung deutlich zu machen.Fig. 116 shows a side view similar to that of Fig. 114, but with the device in a symmetrical position, here also shows a comparison with the biaxial embodiment of FIG. 111, the conformity of the construction and thus the possibility of construction from the kit. Finally, FIG. 117 shows a plan view in order to make clear the achievable angle and position change.
Eine Variante mit drei Aktuatoren, bei denen allerdings der Werkzeugträger nicht im wesentlichen um die Grundachse vollführt sondern um die Hochachse, geht aus den Darstellungen der Fig. 118 bis 122 hervor. Ausgehend von der Variante gemäß den Fig. 109 — 112 mit zwei Aktuatoren ist hier der Stab fester Länge S4 durch einen Aktuator A4 ersetzt. Bei einem Vergleich der Fig. 111 mit der Fig. 118 ist dies unmittelbar einsichtig. Zu bemerken ist noch, dass der Aktuator A4 in der Darstellung der Fig. 118 fluchtend hinter dem Stab S4' liegt und daher nur durch die den Aktuator andeutende Verdickung über den Umriss des Stabes S4' ragt. Aus einer Zusammenschau der Fig. 118-122 geht die große Beweglichkeit der beweglichen Plattform 1003 und des mit ihr starr verbundenen Armes 1013, der den Werkzeugträger 1007 trägt hervor. Auch hier ist unmittelbar ersichtlich, dass an der kinematischen Vorrichtung selbst außer dem Ersatz des Stabes S4 durch den Aktuator A4 keine Änderung vorgenommen worden ist, wozu aber noch bemerkt werden soll, dass selbstverständlich der Aktuator A4 in seiner Dimensionierung im Allgemeinen vom Aktuator A3 abweicht. Aber schon die Anlenkpunkte selbst können in den meisten Fällen wiederum identisch ausgebildet sein, wodurch man große Losgrößen erhält und Kosten bei der Herstellung und der Lagerhaltung spart.A variant with three actuators, in which, however, the tool carrier does not essentially execute around the basic axis but about the vertical axis, is apparent from the illustrations of FIGS. 118 to 122. Starting from the variant according to FIGS. 109-112 with two actuators, here the rod of fixed length S4 is replaced by an actuator A4. In a comparison of FIG. 111 with FIG. 118, this is immediately obvious. It should also be noted that the actuator A4 in the illustration of FIG. 118 lies in alignment behind the rod S4 'and therefore protrudes beyond the contour of the rod S4' only by the thickening indicating the actuator. From a synopsis of FIGS. 118-122, the great mobility of the movable platform 1003 and the rigidly connected arm 1013 carrying the tool carrier 1007 is shown. Again, it is immediately apparent that on the kinematic device itself except the replacement of the rod S4 by the actuator A4 no change has been made, but to be noted that of course the actuator A4 in its dimensions generally deviates from the actuator A3. But even the articulation points themselves can in most cases be designed identically again, which gives you large lot sizes and saves costs in the production and storage.
Insbesondere aus der Fig. 121 ist das große Ausmaß der Verdrehung bei reduzierter Länge des Aktuators A4 ersichtlich. Die Beweglichkeit, die ein nach den Fig. 1 18-122 ausgebil¬ deter Handhabungsroboter aufweist, ist insbesondere beim Lackieren von Automobil¬ karossen und bei Robotern, die entlang einer Längsfahrbahn (zusätzlich zur Verdrehbarkeit der festen Plattform 1002 um ihre Hochachse) verfahrbar sind, wertvoll und daher sehr geschätzt. Hier können sie auf kleinstem Bau- und Bewegungsraum eine hohe Flexibilität erreichen.In particular, from Fig. 121, the large amount of twisting at a reduced length of the actuator A4 can be seen. The mobility which has a handling robot designed according to FIGS. 18-122 is, in particular, in the painting of automobile bodies and in robots which can be moved along a longitudinal carriageway (in addition to the rotatability of the fixed platform 1002 about its vertical axis), valuable and therefore much appreciated. Here they can achieve a high degree of flexibility in the smallest construction and movement space.
Die Fig. 123-127 zeigen die logische Fortbildung der vorstehend beschriebenen parallelkinematischen Vorrichtungen, bei dieser Variante sind sowohl der Stab S3 der Vorrichtung gemäß den Fig. 109-112 als auch der Stab S4 durch Aktuatoren ersetzt. Eine solche Vierachskinematik ist bei seriellen Robotern nur unter größtem Aufwand und den damit verbundenen Kosten möglich und führt zu extrem niedrigen Verhältnissen von Nutzlast zur Totlast, da, wie eingangs erläutert, alle Antriebe und Führungen vom Werkzeugträger weg bis zur festen Plattform mit der jeweils nächsten Führung und dem nächsten Antrieb mitgetragen und mittransportiert werden müssen. Wie aus den Figuren und dem Vergleich dieser Ausführungsform mit den drei vorstehend beschriebenen Aus¬ führungsformen hervorgeht, bedarf es nur des Austausches der genannten Stäbe durch Aktuatoren, ohne dass sich am Aufbau, den Bauteilen und damit der Masse der beweglichen Plattform 1003 und der anderen Bestandteile der kinematischen Vorrichtung etwas ändert.Figs. 123-127 show the logical development of the parallel kinematic devices described above, in this variant both the rod S3 of the device according to Figs. 109-112 and the rod S4 are replaced by actuators. Such Vierachskinematik is possible with serial robots only at great expense and the associated costs and leads to extremely low ratios of payload to dead load, since, as explained above, all drives and guides away from the tool carrier to the fixed platform with the next guide and the next drive must be carried along and transported. As can be seen from the figures and the comparison of this embodiment with the three Aus¬ described embodiments, it requires only the exchange of said rods by actuators, without affecting the structure, the components and thus the mass of the movable platform 1003 and the other components the kinematic device changes something.
Aus einer Zusammenschau der Fig. 123-127 erkennt man die vielfältigen Bewegungs- und Orientierungsmöglichkeiten, wobei insbesondere darauf hingewiesen werden soll, dass die Fig. 125 eine Seitenansicht ist (der Stab S5 fluchtet mit dem von ihm verdeckten Stab S5') und die Ansicht 126 eine Rückansicht (die Stäbe S5 und S5' sind symmetrisch zur „Sym¬ metrieebene" der Vorrichtung, wie sie die erste Vorrichtung dieser Reihe von abgewandel¬ ten Vorrichtungen stets aufweist und die anderen dann, wenn die Aktuatoren A3 und A4 ihre Normallage einnehmen). Es ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern kann auf unterschiedliche Weise auf eine große Anzahl von Anwendungsgebieten transferiert werden. Dabei sind selbstverständlich auch Kombinationen mit Vorrichtungen, wie sie eingangs erläutert wurden, möglich, beispielsweise auf dem Gebiet der Mikro- manipulatoren oder auf dem Gebiet der Medizintechnik im Kleinen, bei Kränen und Erdbewegungsmaschinen im Großen.From a synopsis of Figs. 123-127 one can see the many possibilities for movement and orientation, in particular it should be pointed out that Fig. 125 is a side view (the rod S5 is aligned with the rod hidden by him S5 ') and the view 126 is a rear view (the rods S5 and S5 'are symmetrical to the "symmetry plane" of the device, as it always has the first device of this series of modified devices and the others when the actuators A3 and A4 assume their normal position). , The invention is not limited to the illustrated and described examples, but can be transferred in different ways to a large number of application areas. In this case, of course, combinations with devices, as explained above, possible, for example in the field of micro manipulators or in the field of medical technology in the small, cranes and earthmoving machines in the large.
Die verschiedenen in der Beschreibung erläuterten Aspekte der Erfindung wie Kraftecke, Wahl der Symmetrieebene, Benutzung der Pseudo-Tripelpunkte, etc. können auf andere Weise als beschrieben miteinander verbunden werden, die Auswahl und Kombination dieser Aspekte kann der Fachmann in Kenntnis der Erfindung leicht für das jeweilige Anwendungsgebiet adaptieren. The various aspects of the invention explained in the description, such as force corner, choice of plane of symmetry, use of pseudo-triple points, etc., can be linked together in ways other than those described; the selection and combination of these aspects can be easily appreciated by those skilled in the art adapt the respective field of application.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Kinematische Verbindung einer festen Plattform (2) mit einer beweglichen Plattform (3) mit bis zu sechs Freiheitsgraden in geschlossenen kinematischen Ketten, soge- nannte Parallelkinematik, wobei die Verbindungselemente Aktuatoren: Stäbe verän¬ derlicher Länge oder Stäbe konstanter Länge mit veränderlicher Lage ihres Fußpunktes, gegebenenfalls teilweise passive Stäbe: Stäbe konstanter Länge mit fest auf der festen Plattform angeordneten Fußpunkten, und gegebenenfalls Zugmittel: Seile, Ketten, etc., sind, dadurch gekennzeichnet, dass drei Verbindungselemente in Form eines Pseudo-Tripelpunktes (P3') an einem gemeinsamen Punkt der beweglichen Plattform (3) angreifen, wobei der Pseudo-Tripelpunkt einer der folgenden Definitionen genügt: a) Es greift jedes der drei Verbindungselemente für sich nahe der Angriffspunkte der beiden anderen Verbindungselemente an der beweglichen Plattform an; b) Es greifen zwei der Verbindungselemente nahe benachbart an der beweglichen1. Kinematic connection of a fixed platform (2) with a movable platform (3) with up to six degrees of freedom in closed kinematic chains, so-called parallel kinematic, wherein the connecting elements actuators: rods of variable length or rods of constant length with variable position of their Base point, possibly partially passive rods: rods of constant length with firmly arranged on the fixed platform foot points, and optionally traction means: ropes, chains, etc., are, characterized in that three connecting elements in the form of a pseudo-triple point (P3 ') on a attack the common point of the movable platform (3), wherein the pseudo-triple point one of the following definitions is sufficient: a) it attacks each of the three fasteners near the points of attack of the other two fasteners on the movable platform; b) There are two of the fasteners closely adjacent to the movable
Plattform an, das dritte Verbindungselement an einem der beiden Verbin¬ dungselemente nahe seines Angriffspunktes an der beweglichen Plattform; c) Es greifen zwei der Verbindungselemente gemeinsam an einem Punkt der beweglichen Plattform an, das dritte Verbindungselement an einem der beiden Verbindungselemente nahe des Angriffspunktes an der beweglichen Plattform; d) Es greift ein Verbindungselement an einem Punkt der beweglichen Plattform an, das zweite Verbindungselement an diesem Verbindungselement nahe dessen Angriffspunktes an der beweglichen Plattform und das dritte Verbindungsele¬ ment am zweiten Verbindungselement nahe dessen Angriffspunktes am ersten Verbindungselement; e) Es greift ein Verbindungselement an einem Punkt der beweglichen Plattform an, das zweite Verbindungselement an diesem Verbindungselement nahe dessen Angriffspunktes an der beweglichen Plattform und das dritte Verbindungs¬ element am ersten Verbindungselement nahe des Angriffspunktes des zweiten Verbindungselements; f) Es greifen alle drei Verbindungselemente an einem Punkt der beweglichen Platt¬ form an. Platform on, the third connection element on one of the two Verbin¬ approximately elements near its point of application on the movable platform; c) Two of the connecting elements engage together at one point of the movable platform, the third connecting element on one of the two connecting elements near the point of application on the movable platform; d) It attacks a connecting element at a point of the movable platform, the second connecting element on this connecting element near its point of application on the movable platform and the third Verbindungsele¬ ment on the second connecting element near the point of its attack on the first connecting element; e) It attacks a connecting element at a point of the movable platform, the second connecting element on this connecting element near its point of application on the movable platform and the third connecting element on the first connecting element near the point of application of the second connecting element; f) All three connecting elements engage at one point of the movable platform.
2. Kinematische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Hubtisch bildet, dessen Grundrahmen die feste Plattform (2) und dessen Tisch die bewegliche Plattform (3) darstellt.2. Kinematic connection according to claim 1, characterized in that it forms a lifting table, the base frame of the fixed platform (2) and the table is the movable platform (3).
3. Hubtisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei, aus Stäben kon- stanter Länge, sogenannten passiven Stäben (Si l, S12; S13, S14), gebildete, zuein¬ ander im wesentlichen parallel verlaufende und flüchtend zueinander angeordnete, Gelenkparallelogramme aufweist, und dass weiters in Draufsicht auf die Gelenkparal¬ lelogramme im wesentlichen diagonal dazu verlaufende Aktuatoren (Sl 5, Sl 6) und ein im Raum schräg verlaufender Aktuator (S 17) zwischen dem Grundrahmen (2) und dem Tisch (3) angeordnet sind.3. Lifting table according to claim 2, characterized in that it comprises two articulated parallelograms, formed of bars of constant length, so-called passive bars (Si1, S12, S13, S14), formed essentially parallel to one another and arranged in a fleeting manner relative to each other and, furthermore, that, in plan view of the joint parallels, actuators (Sl 5, Sl 6) extending substantially diagonally therewith and an actuator (S 17) running obliquely in space are arranged between the base frame (2) and the table (3) ,
4. Hubtisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er drei Zeigerpaare (22, 22', 23) aufweist die jeweils aus einem passiven Stab und einem Aktuator gebildet werden und von denen zwei (22, 22') zueinander fluchtend und zur Längsmittel ebene des Hubtisches symmetrisch angeordnet sind und das dritte (23) in der Längsmittelebene und gespiegelt zu den beiden anderen Zeigerpaaren angeordnet ist, dass die4. lifting table according to claim 2, characterized in that it comprises three pairs of pointers (22, 22 ', 23) which are each formed of a passive rod and an actuator and two of which (22, 22') aligned with each other and the longitudinal center plane the lifting table are arranged symmetrically and the third (23) is arranged in the longitudinal center plane and mirrored to the other two pairs of pointers, that the
Doppelpunkte der drei Zeigerpaare an Querachsen (24, 25) enden, die Rollen (26) tragen, die in Schienen der beweglichen Plattform (3) laufen, und dass ein Querstab (S27) am Doppelpunkt eines der Zeigerpaare (22, 22', 23) angreift.Colon points of the three pairs of pointers end at transverse axes (24, 25) carrying rollers (26) running in rails of the movable platform (3), and in that a transverse bar (S27) is located at the colon of one of the pairs of pointers (22, 22 ', 23 ) attacks.
5. Hub tisch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der Zeigerpaare (22, 22') ein Führungsstab (Fl, F2) angreift, der die Lage der beweglichen Plattform (2) bezüglich der Querachse (24) und damit bezüglich der festen Plattform (2) bestimmt.5. Hub table according to claim 3, characterized in that on at least one of the pointer pairs (22, 22 ') a guide rod (Fl, F2) engages, the position of the movable platform (2) with respect to the transverse axis (24) and thus with respect the fixed platform (2) determined.
6. Hubtisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Zeigerpaare auf¬ weist, die jeweils aus einem passiven Stab (31, 32) und einem Aktuator (S31, S32) gebildet werden und die zueinander fluchtend und zur Längsmittelebene des Hub¬ tisches symmetrisch angeordnet sind, dass Führungshebel (33) zwischen den Platt¬ formen (2, 3) angeordnet sind, die mit den passiven Stäben (31, 32) Scherenmechanis¬ men bilden, und dass ein Querstab (S37) am Doppelpunkt eines der beiden Zeigerpaare angreift. 6. Lifting table according to claim 2, characterized in that it comprises two pointer pairs auf¬, each of a passive rod (31, 32) and an actuator (S31, S32) are formed and the alignment with each other and the longitudinal center plane of the Hub¬ table are arranged symmetrically, that guide levers (33) between the Platt¬ forms (2, 3) are arranged, which form with the passive rods (31, 32) Scherenmechanis¬ men, and that a transverse bar (S37) at the colon of one of the two pairs of pointers attacks.
7. Kinematische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehänge (41, 51, 61) einer Hängebahn bildet, dessen Hängerahmen die feste Plattform (2) und dessen Bauteilträger die bewegliche Plattform (3) darstellt. 7. Kinematic connection according to claim 1, characterized in that it forms a suspension (41, 51, 61) of a monorail, the suspension frame of the fixed platform (2) and its component carrier, the movable platform (3).
8. Gehänge (41) einer Hängebahn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Plattform (3) mittels vier an den Ecken eines Viereckes, bevorzugt eines Rechteckes angreifenden Seilen (42) mit der festen Plattform (2) verbunden ist, dass zwei, bevorzugt parallel verlaufende Aktuatoren (S41, S41') an Anlenkpunkten an der beweglichen Plattform (3) angreifen und dass ein zu den Seilen und den Aktuatoren schräg verlaufender Querstab (S47) zwischen den Plattformen (2, 3) vorgesehen ist.8. Hanger (41) of a monorail according to claim 7, characterized in that the movable platform (3) is connected by means of four at the corners of a quadrangle, preferably a rectangle attacking ropes (42) with the fixed platform (2) that two , Preferably parallel actuators (S41, S41 ') at articulation points on the movable platform (3) attack and that an oblique to the ropes and the actuators transverse bar (S47) between the platforms (2, 3) is provided.
9. Gehänge (41) einer Hängebahn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei, aus Stäben konstanter Länge, sogenannten passiven Stäben (S51 , S52; S53, S54), gebildete, zueinander im wesentlichen parallel verlaufende und fluchtend zueinander angeordnete, Gelenkparallelogramme aufweist, und dass weiters in Drauf¬ sicht auf die Gelenkparallelogramme im wesentlichen diagonal dazu verlaufende Aktuatoren (S55, S56) und ein im Raum schräg verlaufender Stab (S57) zwischen der festen Plattform (2) und der beweglichen Plattform (3) angeordnet sind.9. hangers (41) of a monorail according to claim 7, characterized in that there are two, from bars of constant length, so-called passive rods (S51, S52; S53, S54), formed, mutually substantially parallel and aligned with each other, articulated parallelograms and further that, in plan view, actuators (S55, S56) extending substantially diagonally to the articulated parallelograms and an obliquely extending rod (S57) are arranged between the fixed platform (2) and the movable platform (3).
10. Gehänge (61) einer Hängebahn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei, jeweils aus einem Stab konstanter Länge, sogenannter passiver Stab (S62, S63), und einem Aktuator (S61, S64) gebildete, zueinander im wesentlichen parallel verlau¬ fende und fluchtend zueinander angeordnete, im wesentlichen ebene Gelenkvierecke aufweist, und dass weiters in Draufsicht auf die Gelenkvierecke im wesentlichen diagonal dazu verlaufende Aktuatoren (S65, S66) und ein im Raum schräg verlaufender Stab (S67) zwischen der festen Plattform (2) und der beweglichen10. hanger (61) of a monorail according to claim 7, characterized in that it two, each of a rod of constant length, so-called passive rod (S62, S63), and an actuator (S61, S64) formed, each other substantially parallel verlau ¬ fende and aligned mutually arranged, substantially planar four-bar linkages, and that further in plan view of the four-bar linkages substantially diagonally extending actuators (S65, S66) and an obliquely extending in space rod (S67) between the fixed platform (2) and the mobile one
Plattform (3) angeordnet sind.Platform (3) are arranged.
11. Kinematische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen gegebenenfalls verfahrbaren Hubroboter bildet, dessen Fahrwerk die feste Plattform (2) und dessen Objektträger die bewegliche Plattform (3) darstellt. 11. Kinematic connection according to claim 1, characterized in that it forms an optionally movable lifting robot, the chassis of the fixed platform (2) and its slide represents the movable platform (3).
12. Hubroboter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass seine Kinematik zumin¬ dest ein im wesentlichen in einer Ebene liegendes Gelenkviereck (15, 16), dessen einer Schenkel (13, 18) an der beweglichen Plattform ausgebildet ist, mit einem im wesent¬ lichen diagonal verlaufenden Stab aufweist und dass ein Querstab (17) an der bewegli¬ chen Plattform (3) an einem bzw. nahe eines der Doppelpunkte des Gelenkviereckes angreift und einen Tripelpunkt bzw. Pseudo-Tripelpunkt bildet.12. Lifting robot according to claim 11, characterized in that its kinematics at least one lying in a plane substantially four-bar linkage (15, 16), one leg (13, 18) is formed on the movable platform, with a in wesent¬ has a diagonally extending rod and that a transverse rod (17) engages the bewegli¬ Chen platform (3) at one or near one of the colons of the four-bar linkage and forms a triple point or pseudo-triple point.
13. Hubroboter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Gelenkvierecke (15, 16), die in zu einer Symmetrieebene symmetrisch verlaufenden, bevorzugt in zueinander parallelen, Ebenen liegen, aufweist. 13. Lifting robot according to claim 12, characterized in that it has two four-bar linkages (15, 16) which lie symmetrically in relation to a plane of symmetry, preferably in mutually parallel planes.
14. Hubroboter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der diagonal verlaufende Stab ein passiver Stab ist.14. Lifting robot according to claim 12 or 13, characterized in that the diagonal bar is a passive rod.
15. Hubroboter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Stäbe aller Gelenkvierecke (15, 16) als auch jeder diagonal verlaufende Stab als Aktuator ausgebildet sind.15. Lifting robot according to claim 12 or 13, characterized in that both the rods of all four-bar linkages (15, 16) and each diagonally extending rod are formed as an actuator.
16. Hubroboter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Querstab (17) als Aktuator ausgebildet ist.16. Lifting robot according to claim 15, characterized in that the transverse rod (17) is designed as an actuator.
17. Hubroboter nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die an der beweglichen Plattform (3) ausgebildeten Schenkel (13, 18) der Gelenkvierecke (15, 16) windschief zueinander angeordnet sind, das heißt in Draufsicht auf die17. Lifting robot according to one of claims 11 to 16, characterized in that on the movable platform (3) formed legs (13, 18) of the four-bar linkages (15, 16) are skewed to each other, that is, in plan view of the
Ebenen der Gelenkvierecke einen von Null Grad und 180° verschiedenen Winkel zueinander aufweisen.Levels of four-bar linkages have an angle different from zero degrees and 180 ° to each other.
18. Kinematische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie die zumindest einen der beiden Teile eines Gelenkarmes (101, 201, 301, 401, 501, 601) bildet.18. Kinematic connection according to claim 1, characterized in that it forms the at least one of the two parts of an articulated arm (101, 201, 301, 401, 501, 601).
19. Gelenkarm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei kinematische Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist, wobei die bewegliche Plattform der ersten Kinematik (105, 205, 305, 405, 505, 605) die feste Plattform der zweiten Kinematik (106, 206, 306, 406, 506, 606) bildet. 19. Articulated arm according to claim 18, characterized in that it comprises two kinematic connections according to one of claims 1 to 4, wherein the movable platform of the first kinematics (105, 205, 305, 405, 505, 605), the fixed platform of the second kinematics (106, 206, 306, 406, 506, 606).
20. Kinematische Verbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein länglicher Arm (3) fest mit der beweglichen Plattform (6) verbunden ist, an dessen Ende ein Werkzeugträger (7) um zumindest eine Achse (3' 9', 10') verdrehbar angeordnet ist.20. A kinematic connection according to claim 1, characterized in that an elongated arm (3) is fixedly connected to the movable platform (6), at the end of which a tool carrier (7) is mounted around at least one axle (3 '9', 10 '). is arranged rotatable.
21. Kinematische Verbindung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Arms (3) zwischen dem geometrischen Schwerpunkt der Kopfpunkte der Parallel¬ kinematik (2) und der Drehachse (9') zumindest halb so groß ist wie der kleinste Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt der Kopfpunkte und dem geometrischen Schwerpunkt der Fußpunkte der Parallelkinematik (2).21. Kinematic connection according to claim 20, characterized in that the length of the arm (3) between the geometric center of gravity of the head points of the parallel kinematics (2) and the axis of rotation (9 ') is at least half as large as the smallest distance between the geometric center of gravity of the head points and the geometric center of gravity of the points of parallel kinematics (2).
22. Kinematische Verbindung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Arms (3) zwischen dem geometrischen Schwerpunkt der Kopfpunkte der Parallel¬ kinematik (2) und der Drehachse (9') zumindest so groß ist wie der geringste Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Kopfpunkte und dem Schwerpunkt der Fußpunkte der Parallelkinematik (2). 22. Kinematic connection according to claim 21, characterized in that the length of the arm (3) between the geometric center of gravity of the head points of the parallel kinematics (2) and the axis of rotation (9 ') is at least as large as the smallest distance between the center of gravity Heads and center of gravity of parallel kinematics (2).
23. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Achse (9') im wesentlichen normal zur Armachse (3') angeordnet ist.23. Kinematic connection according to one of claims 20 to 22, characterized gekennzeich¬ net, that the axis (9 ') is arranged substantially normal to the arm axis (3').
24. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeich¬ net, dass zwischen dem Arm (3) und dem Werkzeugträger (7) mehrere, zueinander parallele Achsen (9') vorgesehen sind.24. Kinematic connection according to one of claims 20 to 23, characterized gekennzeich¬ net, that between the arm (3) and the tool carrier (7) a plurality of mutually parallel axes (9 ') are provided.
25. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Achse (9') in Verbindung mit einer sie schneidenden und zu ihr im wesentlichen normal verlaufende Achse (10') eine kardanische Aufhängung für den Werkzeugträger (7) bildet. 25. Kinematic connection according to one of claims 20 to 22, characterized gekennzeich¬ net, that the axis (9 ') in conjunction with a cutting them and to her substantially normal extending axis (10') a gimbal suspension for the tool carrier (7 ).
26. Kinematische Verbindung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Arm (3) im wesentlichen zylindrische Form mit einer Achse (3') aufweist, und dass die Achse (9') auf einem um die Achse (3') rotierbaren Bauteil angeordnet ist.26. Kinematic connection according to one of claims 20 to 25, characterized gekennzeich¬ net, that the arm (3) has a substantially cylindrical shape with an axis (3 '), and that the axis (9') on one about the axis ( 3 ') rotatable component is arranged.
27. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest ein Krafteck, bestehend aus einem Stab (Sl) konstanter Länge und einem27. Kinematic device according to claim 1, characterized in that it comprises at least one force corner, consisting of a rod (SI) of constant length and a
Aktuator (Al, A3 ) mit gemeinsamen Kopfpunkt (Kl), der ein Doppelpunkt oder Pseudodoppelpunkt sein kann, auf der beweglichen Plattform (6) aufweist.Actuator (Al, A3) with common head (Kl), which may be a colon or pseudo-double point, on the movable platform (6).
28. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußpunkte des Stabes (Sl) und des Aktuators (Al) nur eine Verschwenkung der beiden Elemente (Al, Sl) um zueinander parallele Achsen (15) zulassen, die normal zur Ebene der beiden Elemente (Al, Sl) verlaufen.28. Kinematic device according to claim 27, characterized in that the bases of the rod (Sl) and the actuator (Al) only a pivoting of the two elements (Al, Sl) about mutually parallel axes (15) allow, normal to the plane of two elements (Al, Sl) run.
29. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf¬ punkt (Kl) des Stabes (Sl) und des Aktuators (Al) nur eine Verschwenkung der beweglichen Plattform (6) um eine Achse (15') zulassen, die normal zur Ebene der beiden Elemente (Al, Sl) verlauft.29. Kinematic device according to claim 27, characterized in that the Kopf¬ point (Kl) of the rod (Sl) and the actuator (Al) only a pivoting of the movable platform (6) about an axis (15 ') allow, the normal to the plane of the two elements (Al, Sl) proceeds.
30. Kinematische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der beweglichen Plattform (6) bezüglich des Kopfpunktes (Kl) durch einen Aktuator (A2) festgelegt wird.30. Kinematic device according to one of claims 27 to 29, characterized in that the position of the movable platform (6) with respect to the head point (Kl) by an actuator (A2) is fixed.
31. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass am Kopfpunkt (Kl) ein weiterer Stab (S2) oder Aktuator (A3) angreift.31. Kinematic device according to claim 27, characterized in that at the head point (Kl) another rod (S2) or actuator (A3) attacks.
32. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass nahe des Kopfpunkts (Kl) ein Stab (S2) oder Aktuator (A3) am Stab (Sl) angreift. 32. Kinematic device according to claim 27, characterized in that near the head point (Kl) a rod (S2) or actuator (A3) on the rod (Sl) attacks.
33. Kinematische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Abstand zwischen den Angriffspunkten der den Pseudo-Tripelpunkt bildenden Verbindungselementen kleiner ist als 20 % der kürzesten Länge des kürzesten Verbindungselementes. 33. Kinematic device according to one of claims 1 to 32, characterized in that the largest distance between the points of attack of the pseudo-triple point connecting elements is less than 20% of the shortest length of the shortest connecting element.
34. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Abstand zwischen den Angriffspunkten der den Pseudo-Tripelpunkt bildenden Verbindungselementen kleiner ist als 10 % der kürzesten Länge des kürzesten Verbin¬ dungselementes.34. Kinematic device according to claim 33, characterized in that the largest distance between the points of attack of the pseudo-triple point forming connecting elements is smaller than 10% of the shortest length of the shortest Verbin¬ tion element.
35. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie genau eine Symmetrieebene aufweist, zu der im wesentlichen alle Verbindungselemente symmetrisch angeordnet sind.35. Kinematic device according to claim 1, characterized in that it has exactly one plane of symmetry to which substantially all the connecting elements are arranged symmetrically.
36. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der größten Beweglichkeit der beweglichen Plattform parallel zur, bevorzugt in der Symmetrieebene liegt. 36. A kinematic device according to claim 35, characterized in that the direction of greatest mobility of the movable platform is parallel to, preferably in the plane of symmetry.
37. Kinematische Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der größten Belastung der beweglichen Plattform parallel zur, bevorzugt in der Symmetrieebene liegt.37. Kinematic device according to claim 35, characterized in that the direction of the greatest load of the movable platform is parallel to, preferably in the plane of symmetry.
38. Kinematische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, die verfahrbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung ihrer Verfahrbarkeit parallel zur, bevorzugt in der Symmetrieebene liegt. 38. Kinematic device according to one of claims 35 to 37, which is designed to be movable, characterized in that the direction of their mobility is parallel to, preferably in the plane of symmetry.
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